KR20080056293A - Polishing solution for cmp and method of polishing - Google Patents

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히다치 가세고교 가부시끼가이샤
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Abstract

A polishing solution for CMP that inhibits any electron transfer in the vicinity of boundary region between a barrier conductor and a conductive substance, such as copper, to thereby inhibit any conductive substance wiring corrosion, namely, bimetallic corrosion between the barrier conductor and the conductive substance. There is provided a polishing solution for CMP used to polish at least a conductor layer and a conductive substance layer in contact with the conductor layer wherein when an electrometer at its positive electrode side is connected to the conductive substance and at its negative electrode side connected to the conductor, the absolute value of potential difference exhibited at 50±5°C between the conductive substance and the conductor is 0.25 V or less. Preferably, at least one member selected from among heterocyclic compounds having any of hydroxyl, carbonyl, carboxyl, amino, amido and sulfinyl and containing at least either a nitrogen or a sulfur atom is contained in the polishing solution.

Description

CMP용 연마액 및 연마 방법{POLISHING SOLUTION FOR CMP AND METHOD OF POLISHING}Polishing solution and polishing method for CPM {POLISHING SOLUTION FOR CMP AND METHOD OF POLISHING}

본 발명은 반도체 디바이스의 배선 형성 공정 등에 있어서의 연마에 사용되는 CMP용 연마액 및 연마 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a polishing liquid for CMP and a polishing method used for polishing in a wiring forming step of a semiconductor device.

최근 들어, 반도체 집적 회로(이하, LSI라고 기재함)의 고집적화, 고성능화에 따라서 새로운 미세 가공 기술이 개발되고 있다. 화학 기계 연마(이하, CMP라고 기재함)법도 그 중 하나로서, LSI 제조 공정, 특히 다층 배선 형성 공정에서의 층간 절연막의 평탄화, 금속 플러그 형성, 매립 배선 형성에 있어서 빈번하게 이용되는 기술이다. 이 기술은, 예를 들면 미국 특허 제4944836호 공보에 개시되어 있다. In recent years, new fine processing techniques have been developed in accordance with high integration and high performance of semiconductor integrated circuits (hereinafter referred to as LSI). The chemical mechanical polishing (hereinafter, referred to as CMP) method is one of them, and is a technique frequently used in the planarization of the interlayer insulating film, the metal plug formation, and the buried wiring formation in the LSI manufacturing process, especially in the multilayer wiring formation process. This technique is disclosed, for example, in US Pat. No. 4,944,836.

또한, 최근에는 LSI를 고성능화하기 위해서, 배선 재료가 되는 도전성 물질로서 구리 및 구리 합금의 이용이 시도되고 있다. 그러나, 종래의 알루미늄 합금 배선의 형성에서는 건식 에칭법에 의한 미세 가공이 빈번하게 이용되었지만, 구리 또는 구리 합금에 있어서는 이용이 곤란하다. 따라서, 미리 홈이 형성되어 있는 절연막 상에 구리 또는 구리 합금의 박막을 퇴적하여 매립하고, 다음으로 홈부 이외의 상기 박막을 CMP에 의해 제거하여 매립 배선을 형성하는, 소위 상감 법(damascene process)이 주로 채용되고 있다. 이 기술은, 예를 들면 일본 특허 제1969537호 공보에 개시되어 있다.In recent years, in order to improve the performance of LSI, use of copper and copper alloys has been attempted as a conductive material serving as a wiring material. However, in the formation of conventional aluminum alloy wirings, although fine processing by the dry etching method is frequently used, it is difficult to use in copper or a copper alloy. Therefore, a so-called damascene process in which a thin film of copper or a copper alloy is deposited and buried on an insulating film in which grooves are formed in advance, and then the thin film other than the groove portion is removed by CMP to form a buried wiring. Mainly adopted. This technique is disclosed, for example, in Japanese Patent No. 1969537.

구리 또는 구리 합금 등의 배선부용 금속을 연마하는 금속 CMP의 일반적인 방법은, 원형의 연마정반(플라텐, platen) 상에 연마포(패드, pad)를 접착하고, 연마포 표면을 금속용 연마액으로 적시면서, 기판의 금속막을 형성한 면을 연마포 표면에 가압하고, 연마포의 이면으로부터 소정의 압력(이하, 연마 압력이라고 기재함)을 금속막에 가한 상태에서 연마정반을 회전시킨다. 이에 의해, 연마액과 금속막의 볼록부의 상대적인 기계적 마찰에 의해서 볼록부의 금속막을 제거하는 것이다. The general method of metal CMP for polishing metal for wiring parts, such as copper or a copper alloy, is to adhere a polishing cloth (pad, pad) on a circular polishing plate (platen), the surface of the polishing cloth for the metal polishing liquid While wetting with, the surface on which the metal film of the substrate was formed is pressed on the surface of the polishing cloth, and the polishing platen is rotated while applying a predetermined pressure (hereinafter referred to as polishing pressure) to the metal film from the back surface of the polishing cloth. As a result, the metal film of the convex portion is removed by the relative mechanical friction between the polishing liquid and the convex portion of the metal film.

CMP에 이용되는 슬러리상의 금속용 연마액은, 일반적으로는 산화제 및 지립을 포함하고 있고, 필요에 따라서 또한 산화 금속 용해제, 보호막 형성제가 첨가된다. 우선 산화제에 의해서 금속막 표면을 산화하고, 그 산화층을 지립에 의해서 절삭하는 것이 기본적인 메카니즘으로 생각된다. 오목부의 금속 표면의 산화층은 연마 패드에 좀처럼 닿지 않아서, 지립에 의한 절삭 효과가 미치지 않으므로, CMP의 진행과 함께 볼록부의 금속층이 제거되어 기판 표면은 평탄화된다. 상세한 내용에 관해서는 문헌 [Journal of Electrochemical Society, 제138권 11호(1991년 발행), 3460 내지 3464페이지]에 개시되어 있다. The slurry polishing liquid for metals used for CMP generally contains an oxidizing agent and an abrasive grain, and a metal oxide dissolving agent and a protective film forming agent are further added as needed. First, the basic mechanism is considered to oxidize the surface of a metal film with an oxidizing agent and to cut the oxide layer by abrasive grains. Since the oxide layer of the metal surface of the concave portion hardly touches the polishing pad, and there is no cutting effect due to the abrasive grains, the metal layer of the convex portion is removed with the progress of the CMP, and the substrate surface is flattened. Details are disclosed in the Journal of Electrochemical Society, Vol. 138, No. 11 (published in 1991), pages 3460-3464.

CMP에 의한 연마 속도를 높이는 방법으로서 산화 금속 용해제를 배합하는 것이 유효한 것으로 되어 있다. 지립에 의해서 절삭된 금속 산화물의 알맹이를 연마액에 용해(이하, 에칭이라고 기재함)시키면 지립에 의한 절삭 효과가 증가하기 때 문이라고 해석된다. 산화 금속 용해제의 배합에 의해 CMP에 의한 연마 속도는 향상되지만, 한편 오목부의 금속막 표면의 산화층도 에칭되어 금속막 표면이 노출되면, 산화제에 의해서 금속막 표면이 다시 산화된다. 이것이 반복되면 오목부의 금속막의 에칭이 진행되게 된다. 이 때문에 연마 후에 매립된 금속 배선의 표면 중앙 부분이 접시와 같이 우묵하게 들어가는 현상(이하, 디싱(dishing)이라고 기재함)이 발생하여, 평탄화 효과가 손상된다. It is effective to mix | blend a metal oxide solubilizer as a method of improving the polishing rate by CMP. It is interpreted that dissolving the kernels of metal oxides cut by the abrasive grains in the polishing liquid (hereinafter referred to as etching) increases the cutting effect by the abrasive grains. Although the polishing rate by CMP improves by mix | blending a metal oxide dissolving agent, when the oxide layer of the metal film surface of a recessed part is also etched and the metal film surface is exposed, the metal film surface will be oxidized again by an oxidant. If this is repeated, etching of the metal film of the recess proceeds. For this reason, the phenomenon that the center part of the surface of the metal wiring embedded after grinding is recessed like a dish (hereinafter referred to as dishing) occurs, and the planarization effect is impaired.

이것을 방지하기 위해, 추가로 보호막 형성제가 배합된다. 보호막 형성제는 금속막 표면의 산화층 상에 보호막을 형성하여, 산화층의 연마액 내로의 용해를 방지하는 것이다. 이 보호막은 지립에 의해 용이하게 절삭하는 것이 가능하여, CMP에 의한 연마 속도를 저하시키지 않는 것이 바람직하다. In order to prevent this, a protective film forming agent is further mix | blended. A protective film forming agent forms a protective film on the oxide layer on the surface of a metal film, and prevents melt | dissolution of an oxide layer into the polishing liquid. It is preferable that this protective film can be easily cut by an abrasive grain, and does not reduce the polishing rate by CMP.

구리 또는 구리 합금의 디싱이나 연마 중의 부식을 억제하고, 신뢰성이 높은 LSI 배선을 형성하기 위해서, 글리신 등의 아미노아세트산 또는 아미드황산을 포함하는 산화 금속 용해제, 및 보호막 형성제로서 BTA를 함유하는 CMP용 연마액을 이용하는 방법이 알려져 있다. 이 기술은, 예를 들면 일본 특허 제3397501호 공보에 기재되어 있다. In order to suppress corrosion during dishing and polishing of copper or copper alloys and to form highly reliable LSI wirings, metal oxide solubilizers containing aminoacetic acid or amic sulfuric acid such as glycine, and CMP containing BTA as a protective film forming agent. A method of using a polishing liquid is known. This technique is described, for example, in Japanese Patent No. 3397501.

한편, 구리 또는 구리 합금 등의 배선부용 금속의 하층에는, 층간 절연막 내로의 구리 확산 방지나 밀착성 향상을 위한 배리어 도체층(이하, 배리어층이라고도 함)으로서, 예를 들면 탄탈, 탄탈 합금, 질화 탄탈 등의 탄탈 화합물 등의 층이 형성된다. 따라서, 구리 또는 구리 합금을 매립하는 배선부 이외에는, 노출된 배리어층을 CMP에 의해 제거할 필요가 있다. 그러나, 이들 배리어층의 도체는 구리 또 는 구리 합금에 비하여 경도가 높기 때문에, 구리 또는 구리 합금용의 연마 재료를 조합하여도 충분한 연마 속도가 얻어지지 않고, 또한 평탄성이 나빠지는 경우가 많다. 따라서, 배선부용 금속을 연마하는 제1 공정과, 배리어층을 연마하는 제2 공정을 포함하는 2단 연마 방법이 검토되고 있다. On the other hand, in the lower layer of the metal for wiring parts, such as copper or a copper alloy, as a barrier conductor layer (henceforth a barrier layer) for preventing copper diffusion into an interlayer insulation film, or improving adhesiveness, it is a tantalum, tantalum alloy, tantalum nitride, for example. Layers, such as a tantalum compound, are formed. Therefore, it is necessary to remove the exposed barrier layer by CMP except the wiring portion which embeds copper or copper alloy. However, since the conductors of these barrier layers have higher hardness than copper or copper alloys, even when a polishing material for copper or a copper alloy is combined, a sufficient polishing rate is not obtained and the flatness is often worsened. Accordingly, a two-stage polishing method including a first step of polishing the wiring portion metal and a second step of polishing the barrier layer has been studied.

배리어층을 연마하는 제2의 연마 공정에서는 평탄성을 향상시키기 위해서 층간 절연막도 연마할 필요가 있다. 층간 절연막은 산화규소막이 주류이지만, 최근에는 LSI를 고성능화하기 위해서 산화규소막보다도 저유전율인 규소계 재료 또는 유기 중합체의 이용이 시도되고 있다. In the second polishing step of polishing the barrier layer, the interlayer insulating film must also be polished to improve flatness. Although silicon oxide films are mainly used as interlayer insulating films, recently, in order to improve LSI performance, use of silicon-based materials or organic polymers having a lower dielectric constant than silicon oxide films has been attempted.

<발명의 개시><Start of invention>

배리어층을 연마하는 제2의 연마 공정 후 특히 배선폭이 0.5㎛ 이하이고, 배선끼리의 간격이 5.0㎛ 정도 이상인, 기판 상의 소위 고립된 구리의 미세 배선에 있어서, 그 선단부의 부식 및 배리어 도체와 구리의 경계부의 부식, 또는 경도의 단차(리세스, recess)가 발생하기 쉽다. 이 때문에, 미세 배선의 형성이 필요 불가결한 높은 신뢰성이 요구되는 고성능 반도체 디바이스 제조에 있어서, 단선, 수율, 신뢰성의 저하 등의 결점이 야기될 수 있다. 이 부식의 원인으로서, 배리어 도체와 구리의 이종 금속 접촉 부식을 생각할 수 있다. 배리어 도체와 구리의 전위차가 어느 정도 커지면, 배리어 도체와 구리의 경계부 근방의 구리의 표면으로부터 전자와 구리 이온이 연마액 내에 용출되어, 부식이 발생하는 경우가 있다. In the so-called isolated copper fine wiring on the substrate, in which the wiring width is 0.5 탆 or less and the wiring distance is about 5.0 탆 or more after the second polishing process of polishing the barrier layer, the corrosion of the tip end and the barrier conductor and Corrosion of the boundary of copper or a step (recess) of hardness tends to occur. For this reason, in manufacturing a high performance semiconductor device which requires high reliability in which fine wirings are indispensable, defects such as disconnection, yield and reliability can be caused. As a cause of this corrosion, the dissimilar metal contact corrosion of a barrier conductor and copper can be considered. When the potential difference between the barrier conductor and the copper is somewhat increased, electrons and copper ions are eluted from the surface of copper near the boundary between the barrier conductor and the copper in the polishing liquid, and corrosion may occur.

본 발명은 상기 문제점을 감안하여, 배리어 도체와 구리 등의 도전성 물질의 경계부 근방의 전자의 이동을 억제함으로써, 배리어 도체와 도전성 물질의 이종 금속 접촉 부식을 억제하는, 즉, 도전성 물질 배선 부식을 억제하는 CMP용 연마액을 제공하는 것이다. In view of the above problems, the present invention suppresses dissimilar metal contact corrosion between the barrier conductor and the conductive material, that is, suppresses the corrosion of the conductive material wiring by suppressing the movement of electrons near the boundary between the conductive material such as the barrier conductor and copper. It is to provide a polishing liquid for CMP.

도전성 물질의 배선 부식을 억제할 수 있는 CMP 연마액의 확인 방법으로서는, 연마액을 개재하여 배리어 도체와 도전성 물질의 전위차를 측정하고, 그 전위차 절대값이 작은 것을 확인하는 것이 바람직하다. As a confirmation method of the CMP polishing liquid which can suppress the wiring corrosion of a conductive material, it is preferable to measure the potential difference of a barrier conductor and a conductive material via a polishing liquid, and to confirm that the absolute value of the potential difference is small.

본 발명의 연마액은, 연마액 내에 있어서의 배리어층용의 도체와 도전성 물질의 전위차 절대값이 작은 것을 특징으로 한다. 여기서, 히드록실기, 카르보닐기, 카르복실기, 아미노기, 아미드기 및 술피닐기 중 어느 하나를 함유하고, 또한 질소 및 황 원자 중 적어도 한쪽을 함유하는 복소환 화합물 중에서 선택되는 1종 이상, 또는, 아민 화합물, 아미드 화합물, 술폭시드 화합물 중에서 선택되는 1종 이상을 연마액에 함유시킴으로써, 도전성 물질의 표면에 보호막이 형성된다. 이에 의해, 배리어 도체와 도전성 물질의 경계부 근방의 도전성 물질의 표면으로부터 전자와 도전성 물질 이온이 연마액 내에 용출되는 것을 저해하여, 배리어 도체와 도전성 물질의 이종 금속 접촉 부식을 억제할 수 있는 것으로 생각된다. The polishing liquid of the present invention is characterized in that the absolute value of the potential difference between the conductor for the barrier layer and the conductive substance in the polishing liquid is small. Here, at least one selected from a heterocyclic compound containing any one of a hydroxyl group, a carbonyl group, a carboxyl group, an amino group, an amide group and a sulfinyl group and further containing at least one of a nitrogen and a sulfur atom, or an amine compound, By containing at least 1 type selected from an amide compound and a sulfoxide compound in a polishing liquid, a protective film is formed on the surface of an electroconductive substance. As a result, it is thought that electrons and conductive material ions are prevented from eluting from the surface of the conductive material near the boundary between the barrier conductor and the conductive material in the polishing liquid, and the dissimilar metal contact corrosion between the barrier conductor and the conductive material can be suppressed. .

즉, 본 발명은 이하의 (1) 내지 (21)의 CMP용 연마액에 관한 것이다. That is, this invention relates to the CMP polishing liquid of the following (1)-(21).

(1) 전위계의 정극측을 도전성 물질에, 부극측을 도체에 접속시, 연마액 중 50±5℃에서의 도전성 물질과 도체의 전위차 절대값이 0.25V 이하인 것을 특징으로 하는, 적어도 도체층 및 상기 도체층과 접하는 도전성 물질층을 연마하는 CMP용 연마액. (1) The absolute value of the potential difference between the conductive material and the conductor at 50 ± 5 ° C. in the polishing liquid when the positive electrode side of the electrometer is connected to the conductive material and the conductor is 0.25 V or less, at least the conductor layer and A CMP polishing liquid for polishing a conductive material layer in contact with the conductor layer.

(2) (1)에 있어서, 도체와 도전성 물질의 상기 전위차 절대값을 낮추는 첨가제를 함유하는 CMP용 연마액. (2) The polishing liquid for CMP according to (1), which contains an additive for lowering the absolute value of the potential difference between the conductor and the conductive material.

(3) (2)에 있어서, 상기 전위차 절대값을 낮추는 첨가제로서, 히드록실기, 카르보닐기, 카르복실기, 아미노기, 아미드기 및 술피닐기 중 어느 하나를 함유하고, 또한 질소 및 황 원자 중 적어도 한쪽을 함유하는 복소환 화합물 중에서 선택되는 1종 이상을 함유하는 CMP용 연마액. (3) The additive according to (2), wherein the additive contains a hydroxyl group, a carbonyl group, a carboxyl group, an amino group, an amide group, and a sulfinyl group, and at least one of nitrogen and sulfur atoms. Polishing liquid for CMP containing 1 or more types chosen from heterocyclic compounds to be mentioned.

(4) (3)에 있어서, 상기 복소환 화합물은 연마액에 황산구리(II)를 첨가했을 때에 생성되는 구리 착체의 연마액으로의 용해도가 액체 온도 25℃에서 1중량% 이상인 CMP용 연마액.(4) The CMP polishing liquid according to (3), wherein the heterocyclic compound has a solubility of the copper complex formed when copper (II) is added to the polishing liquid to the polishing liquid at a liquid temperature of 25 ° C.

(5) (2)에 있어서, 상기 전위차 절대값을 낮추는 첨가제로서, 아민 화합물, 아미드 화합물 및 술폭시드 화합물 중에서 선택되는 1종 이상을 함유하는 CMP용 연마액. (5) The polishing liquid for CMP according to (2), which contains at least one selected from an amine compound, an amide compound, and a sulfoxide compound as an additive for lowering the absolute value of the potential difference.

(6) (3) 내지 (5) 중 어느 하나에 있어서, 히드록실기, 카르보닐기, 카르복실기, 아미노기, 아미드기 및 술피닐기 중 어느 하나를 함유하고, 또한 질소 및 황 원자 중 적어도 한쪽을 함유하는 복소환 화합물 중에서 선택되는 1종 이상과, 아민 화합물, 아미드 화합물 및 술폭시드 화합물 중에서 선택되는 1종 이상을 함유하는 CMP용 연마액. (6) The compound according to any one of (3) to (5), which contains any one of a hydroxyl group, a carbonyl group, a carboxyl group, an amino group, an amide group, and a sulfinyl group, and further contains at least one of a nitrogen and a sulfur atom. Polishing liquid for CMP containing 1 or more types chosen from a summoning compound, and 1 or more types chosen from an amine compound, an amide compound, and a sulfoxide compound.

(7) (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 있어서, 상기 도체가 탄탈, 질화 탄탈, 탄탈 합금, 그 밖의 탄탈 화합물, 티탄, 질화 티탄, 티탄 합금, 그 밖의 티탄 화합물, 텅스텐, 질화 텅스텐, 텅스텐 합금, 그 밖의 텅스텐 화합물, 루테늄, 그 밖의 루테늄 화합물 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하고, 상기 도전성 물질이 구리, 구리 합금, 구리의 산화물, 구리 합금의 산화물, 텅스텐, 텅스텐 합금, 은, 은 합금 또는 금인 CMP용 연마액. (7) The conductor according to any one of (1) to (6), wherein the conductor is tantalum, tantalum nitride, tantalum alloy, other tantalum compound, titanium, titanium nitride, titanium alloy, other titanium compound, tungsten, tungsten nitride, Tungsten alloy, other tungsten compounds, ruthenium, and at least one selected from other ruthenium compounds, the conductive material is copper, copper alloys, oxides of copper, oxides of copper alloys, tungsten, tungsten alloys, silver, silver Polishing liquid for CMP which is alloy or gold.

(8) (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 있어서, 상기 도전성 물질이 구리인 CMP용 연마액.(8) The polishing liquid for CMP according to any one of (1) to (7), wherein the conductive material is copper.

(9) 구리를 주성분으로 하는 도전성 물질 (a), 및, (9) a conductive material (a) containing copper as a main component, and

탄탈, 질화 탄탈, 탄탈 합금, 그 밖의 탄탈 화합물, 티탄, 질화 티탄, 티탄 합금, 그 밖의 티탄 화합물, 텅스텐, 질화 텅스텐, 텅스텐 합금, 그 밖의 텅스텐 화합물, 루테늄, 및, 그 밖의 루테늄 화합물 중에서 선택되는 1종 이상의 도체 (b)Selected from tantalum, tantalum nitride, tantalum alloys, other tantalum compounds, titanium, titanium nitride, titanium alloys, other titanium compounds, tungsten, tungsten nitride, tungsten alloys, other tungsten compounds, ruthenium, and other ruthenium compounds At least one conductor (b)

를 표면에 갖는 피연마면을 연마하는 연마액이며, 전위계의 정극측을 도전성 물질 (a)에, 부극측을 도전성 물질 (b)에 접속시, 연마액 중 50±5℃에서의 도전성 물질 (a)와 도체 (b)의 전위차 절대값이 0.25V 이하인 것을 특징으로 하는 CMP용 연마액. Is a polishing liquid for polishing a to-be-polished surface having a surface thereof, and a conductive material at 50 ± 5 ° C. in a polishing liquid when the positive electrode side of the electrometer is connected to the conductive material (a) and the negative electrode side is connected to the conductive material (b) ( The polishing liquid for CMP, characterized in that the absolute value of the potential difference between a) and the conductor (b) is 0.25 V or less.

(10) 표면이 오목부 및 볼록부로 이루어지는 층간 절연막과, 상기 층간 절연막을 표면을 따라서 피복하는 배리어 도체층과, 상기 오목부를 충전하여 배리어 도체층을 피복하는 구리를 주성분으로 하는 도전성 물질층을 갖는 기판을 연마하는 연마액이며, 히드록실기, 카르보닐기, 카르복실기, 아미노기, 아미드기 및 술피닐기 중 어느 하나를 함유하고, 또한 질소 및 황 원자 중 적어도 한쪽을 함유하는 복소환 화합물 중에서 선택되는 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 CMP용 연마액. (10) an interlayer insulating film having a concave portion and a convex surface, a barrier conductor layer covering the interlayer insulating film along the surface, and a conductive material layer mainly composed of copper filling the concave portion to cover the barrier conductor layer; At least one heterocyclic compound containing a hydroxyl group, a carbonyl group, a carboxyl group, an amino group, an amide group, and a sulfinyl group, and at least one of nitrogen and sulfur atoms; A polishing liquid for CMP comprising a.

(11) 구리를 주성분으로 하는 도전성 물질 (a), 및, (11) a conductive material (a) containing copper as a main component, and

탄탈, 질화 탄탈, 탄탈 합금, 그 밖의 탄탈 화합물, 티탄, 질화 티탄, 티탄 합금, 그 밖의 티탄 화합물, 텅스텐, 질화 텅스텐, 텅스텐 합금, 그 밖의 텅스텐 화합물, 루테늄, 및, 그 밖의 루테늄 화합물 중에서 선택되는 1종 이상의 도체 (b)Selected from tantalum, tantalum nitride, tantalum alloys, other tantalum compounds, titanium, titanium nitride, titanium alloys, other titanium compounds, tungsten, tungsten nitride, tungsten alloys, other tungsten compounds, ruthenium, and other ruthenium compounds At least one conductor (b)

를 표면에 갖는 피연마면을 연마하는 연마액이며, 히드록실기, 카르보닐기, 카르복실기, 아미노기, 아미드기 및 술피닐기 중 어느 하나를 함유하고, 또한 질소 및 황 원자 중 적어도 한쪽을 함유하는 복소환 화합물 중에서 선택되는 1종 이상을 함유하는 CMP용 연마액. Is a polishing liquid for polishing a surface to be polished having a surface thereof, a heterocyclic compound containing any one of a hydroxyl group, a carbonyl group, a carboxyl group, an amino group, an amide group and a sulfinyl group, and containing at least one of nitrogen and sulfur atoms Polishing liquid for CMP containing 1 or more types chosen from.

(12) 표면이 오목부 및 볼록부로 이루어지는 층간 절연막과, 상기 층간 절연막을 표면을 따라서 피복하는 배리어 도체층과, 상기 오목부를 충전하여 배리어 도체층을 피복하는 구리를 주성분으로 하는 도전성 물질층을 갖는 기판을 연마하는 연마액이며, 아민 화합물, 아미드 화합물 및 술폭시드 화합물 중에서 선택되는 1종 이상을 함유하는 CMP용 연마액. (12) an interlayer insulating film having a concave portion and a convex portion having a surface, a barrier conductor layer covering the interlayer insulating film along the surface, and a conductive material layer mainly composed of copper filling the concave portion to coat the barrier conductor layer; A polishing liquid for polishing a substrate, wherein the polishing liquid for CMP contains at least one selected from an amine compound, an amide compound, and a sulfoxide compound.

(13) 구리를 주성분으로 하는 도전성 물질 (a), 및, (13) a conductive material (a) containing copper as a main component, and

탄탈, 질화 탄탈, 탄탈 합금, 그 밖의 탄탈 화합물, 티탄, 질화 티탄, 티탄 합금, 그 밖의 티탄 화합물, 텅스텐, 질화 텅스텐, 텅스텐 합금, 그 밖의 텅스텐 화합물, 루테늄, 및, 그 밖의 루테늄 화합물 중에서 선택되는 1종 이상의 도체 (b)Selected from tantalum, tantalum nitride, tantalum alloys, other tantalum compounds, titanium, titanium nitride, titanium alloys, other titanium compounds, tungsten, tungsten nitride, tungsten alloys, other tungsten compounds, ruthenium, and other ruthenium compounds At least one conductor (b)

를 표면에 갖는 피연마면을 연마하는 연마액이며, 아민 화합물, 아미드 화합물 및 술폭시드 화합물 중에서 선택되는 1종 이상을 함유하는 CMP용 연마액. A polishing liquid for polishing a surface to be polished having a surface thereof, wherein the polishing liquid for CMP contains at least one selected from an amine compound, an amide compound, and a sulfoxide compound.

(14) (1) 내지 (13) 중 어느 하나에 있어서, 연마 입자를 함유하는 CMP용 연마액. (14) The CMP polishing liquid according to any one of (1) to (13), which contains abrasive particles.

(15) (14)에 있어서, 연마 입자가 실리카, 알루미나, 세리아, 티타니아, 지르코니아, 게르마니아 중에서 선택되는 1종 이상인 CMP용 연마액. (15) The CMP polishing liquid according to (14), wherein the abrasive particles are at least one selected from silica, alumina, ceria, titania, zirconia, and germania.

(16) (1) 내지 (15) 중 어느 하나에 있어서, 산화 금속 용해제 및 물을 함유하는 CMP용 연마액. (16) The polishing liquid for CMP according to any one of (1) to (15), which contains a metal oxide solubilizer and water.

(17) (16)에 있어서, 산화 금속 용해제가 유기산, 유기산 에스테르, 유기산의 암모늄염 및 무기산 중에서 선택되는 1종 이상인 CMP용 연마액. (17) The polishing liquid for CMP according to (16), wherein the metal oxide solubilizer is at least one selected from an organic acid, an organic acid ester, an ammonium salt of an organic acid, and an inorganic acid.

(18) (1) 내지 (17) 중 어느 하나에 있어서, 금속 부식 방지제를 함유하는 CMP용 연마액. (18) The CMP polishing liquid according to any one of (1) to (17), which contains a metal corrosion inhibitor.

(19) (18)에 있어서, 금속 부식 방지제가 트리아졸 골격을 갖는 것, 벤조트리아졸 골격을 갖는 것, 피라졸 골격을 갖는 것, 피라미딘 골격을 갖는 것, 이미다졸 골격을 갖는 것, 구아니딘 골격을 갖는 것, 티아졸 골격을 갖는 것 중에서 선택되는 1종 이상인 CMP용 연마액. (19) The method of (18), wherein the metal corrosion inhibitor has a triazole skeleton, a benzotriazole skeleton, a pyrazole skeleton, a pyramidine skeleton, an imidazole skeleton, guanidine Polishing liquid for CMP which is 1 or more types chosen from having a skeleton and having a thiazole skeleton.

(20) (1) 내지 (19) 중 어느 하나에 있어서, 금속의 산화제를 포함하는 CMP용 연마액. (20) The CMP polishing liquid according to any one of (1) to (19), which contains an oxidizing agent of a metal.

(21) (20)에 있어서, 금속의 산화제가 과산화수소, 질산, 과요오드산 칼륨, 차아염소산 및 오존수 중에서 선택되는 1종 이상인 CMP용 연마액. (21) The polishing liquid for CMP according to (20), wherein the metal oxidant is at least one selected from hydrogen peroxide, nitric acid, potassium periodate, hypochlorous acid, and ozone water.

또한, 본 발명은 이하의 (22) 내지 (25)의 연마 방법에 관한 것이다. Moreover, this invention relates to the grinding | polishing method of the following (22)-(25).

(22) 표면이 오목부 및 볼록부로 이루어지는 층간 절연막과, 상기 층간 절연막을 표면을 따라서 피복하는 배리어층과, 상기 오목부를 충전하여 배리어층을 피복하는 도전성 물질층을 갖는 기판에서, 도전성 물질층을 연마하여 상기 볼록부의 배리어층을 노출시키는 제1의 연마 공정과, 적어도 배리어층 및 오목부의 도전성 물질층을 상기 (1) 내지 (21) 중 어느 하나에 기재된 CMP용 연마액을 공급하면서 화학 기계 연마하여 볼록부의 층간 절연막을 노출시키는 제2의 연마 공정을 포함하는 연마 방법. (22) In a substrate having an interlayer insulating film having a concave portion and a convex surface, a barrier layer covering the interlayer insulating film along the surface, and a conductive material layer filling the concave portion to cover the barrier layer, The first polishing step of polishing to expose the barrier layer of the convex portion, and the chemical mechanical polishing of at least the barrier layer and the conductive material layer of the concave portion while supplying the polishing liquid for CMP according to any one of the above (1) to (21). And a second polishing step of exposing the interlayer insulating film of the convex portion.

(23) (22)에 있어서, 층간 절연막이 실리콘계 피막 또는 유기 중합체막인 연마 방법.(23) The polishing method according to (22), wherein the interlayer insulating film is a silicon film or an organic polymer film.

(24) (22) 또는 (23)에 있어서, 도전성 물질이 구리를 주성분으로 하는 것인 연마 방법. (24) The polishing method according to (22) or (23), wherein the conductive material contains copper as a main component.

(25) (22) 내지 (24) 중 어느 하나에 있어서, 배리어 도체층이 상기 층간 절연막으로 상기 도전성 물질이 확산되는 것을 방지하는 것이며, 탄탈, 질화 탄탈, 탄탈 합금, 그 밖의 탄탈 화합물, 티탄, 질화 티탄, 티탄 합금, 그 밖의 티탄 화합물, 텅스텐, 질화 텅스텐, 텅스텐 합금, 그 밖의 텅스텐 화합물, 루테늄, 그 밖의 루테늄 화합물 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인 연마 방법. (25) The method of any one of (22) to (24), wherein the barrier conductor layer prevents the conductive material from diffusing into the interlayer insulating film, and includes tantalum, tantalum nitride, tantalum alloy, other tantalum compounds, titanium, A polishing method comprising one or more selected from titanium nitride, titanium alloy, other titanium compounds, tungsten, tungsten nitride, tungsten alloy, other tungsten compounds, ruthenium, and other ruthenium compounds.

본원의 개시는, 2005년 10월 12일에 출원된 일본 특허 출원 2005-298031호에 기재된 주제와 관련되어 있고, 이들의 개시 내용은 참고문헌으로 본원에 원용된다.The disclosure of this application is related to the subject matter of Japanese patent application 2005-298031 for which it applied on October 12, 2005, The content of these is integrated in this application as a reference.

도 1은 본 발명에 있어서의 전위차의 측정 방법의 일례의 모식도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic diagram of an example of the measuring method of the potential difference in this invention.

(부호의 설명)(Explanation of the sign)

1 : 유리제 비이커1: glass beaker

2 : CMP용 연마액2: polishing liquid for CMP

3 : 배리어 도체 기판3: barrier conductor substrate

4 : 구리 기판4: copper substrate

5 : 전위계 5: electrometer

<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>Best Mode for Carrying Out the Invention

본 발명의 CMP용 연마액은, 적어도 도체층 및 상기 도체층과 접하는 도전성 물질층을 연마하기 위한 연마액이며, 연마액 내에서 측정된 상기 도체와 도전성 물질의 전위차 절대값이 작은 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 도전성 물질 미세 배선의 부식을 억제할 수 있다. 이 때, 연마액 내에서의 도체와 도전성 물질의 전위차 절대값을 0.25V 이하로 억제하는 것이 바람직하다. The polishing liquid for CMP of the present invention is a polishing liquid for polishing at least the conductor layer and the conductive material layer in contact with the conductor layer, wherein the absolute value of the potential difference between the conductor and the conductive material measured in the polishing liquid is small. . As a result, corrosion of the conductive material fine wiring can be suppressed. At this time, it is preferable to suppress the absolute value of the potential difference between the conductor and the conductive material in the polishing liquid to 0.25 V or less.

본 발명의 연마액은, 하기에 나타내는 도전성 물질과 하기에 나타내는 도체를 표면에 갖는 피연마면의 연마에 사용할 수 있는 연마액이다. 피연마면은, 구체적으로는, 반도체 디바이스의 배선부 형성 공정에서의, 표면이 오목부 및 볼록부로 이루어지는 층간 절연막과, 상기 층간 절연막을 표면을 따라서 피복하는 배리어 도체층과, 상기 오목부를 충전하여 배리어 도체층을 피복하는 구리를 주성분으로 하는 도전성 물질층을 갖는 기판을 들 수 있다. The polishing liquid of the present invention is a polishing liquid that can be used for polishing a to-be-polished surface having a conductive material shown below and a conductor shown below. Specifically, the to-be-polished surface is filled with the interlayer insulation film whose surface consists of a recessed part and convex part in the wiring part formation process of a semiconductor device, the barrier conductor layer which coats the said interlayer insulation film along the surface, and the said recessed part. The board | substrate which has an electroconductive material layer whose main component is copper which coat | covers a barrier conductor layer is mentioned.

도전성 물질로서 구리, 구리 합금, 구리의 산화물, 구리 합금의 산화물, 텅스텐, 텅스텐 합금, 은, 은 합금, 금 등의 금속이 주성분인 물질을 들 수 있다. 구리가 주성분인 도전성 물질(이하, 도전성 물질 (a)이라고도 함)이 바람직한데, 예를 들면 구리, 구리 합금, 구리의 산화물, 구리 합금의 산화물을 들 수 있다. 보다 바람직하게는 구리이다. 이러한 도전성 물질을 포함하는 도전성 물질층으로서는, 예를 들면 반도체 디바이스 내의 배선부용 금속층을 들 수 있다. Examples of the conductive material include metals such as copper, copper alloys, copper oxides, copper alloy oxides, tungsten, tungsten alloys, silver, silver alloys, and gold. Conductive materials in which copper is a main component (hereinafter also referred to as conductive material (a)) are preferable, and examples thereof include copper, copper alloys, oxides of copper, and oxides of copper alloys. More preferably, it is copper. As a conductive material layer containing such a conductive material, the metal layer for wiring parts in a semiconductor device is mentioned, for example.

도체로서 텅스텐, 질화 텅스텐, 텅스텐 합금, 그 밖의 텅스텐 화합물, 티탄, 질화 티탄, 티탄 합금, 그 밖의 티탄 화합물, 탄탈, 질화 탄탈, 탄탈 합금, 그 밖의 탄탈 화합물, 루테늄 및 그 밖의 루테늄 화합물 중에서 선택된 1종 이상(이하, 도체 (b)라고도 함)이 예시된다. 도체층은 도체 (b)를 포함하는 층이거나, 그 층을 포함하는 적층막일 수도 있다. 도체층으로서는, 예를 들면 반도체 디바이스에 있어서, 층간 절연막 내로의 도전성 물질 확산 방지, 및 층간 절연막과 도전성 물질의 밀착성 향상을 위해 형성되는 배리어 도체층을 들 수 있다. 1 selected from tungsten, tungsten nitride, tungsten alloy, other tungsten compounds, titanium, titanium nitride, titanium alloys, other titanium compounds, tantalum, tantalum nitride, tantalum alloys, other tantalum compounds, ruthenium and other ruthenium compounds as conductors Species or more (hereinafter also referred to as conductor (b)) are illustrated. The conductor layer may be a layer containing the conductor (b) or a laminated film including the layer. Examples of the conductor layer include a barrier conductor layer formed in the semiconductor device for preventing diffusion of the conductive material into the interlayer insulating film and improving adhesion between the interlayer insulating film and the conductive material.

또한, 본 발명의 CMP용 연마액은, 도체와 도전성 물질의 전위차 절대값을 낮추는 첨가물을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 연마 입자, 산화 금속 용해제, 금속 부식 방지제, 물을 함유하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 금속의 산화제를 함유한다. 또한, 유기 용매와 같은 물과 혼합 가능한 용제, 수용성 중합체, 착색제 등을 필요에 따라서 배합할 수도 있다. Moreover, it is preferable that the CMP polishing liquid of this invention contains the additive which lowers the absolute value of the potential difference of a conductor and a conductive substance. It is also preferable to contain abrasive particles, metal oxide solubilizers, metal corrosion inhibitors and water. More preferably, the metal contains an oxidizing agent. Moreover, the solvent which can be mixed with water, such as an organic solvent, a water-soluble polymer, a coloring agent, etc. can also be mix | blended as needed.

본 발명의 연마액에 있어서, 그 액 내에서의 도전성 물질과 도체의 전위차 절대값은 0.25V 이하가 되는 것이 바람직하다. 상기 전위차 절대값이 0.25V 이하인 경우, 도전성 물질과 도체 사이에서의 이종 금속 접촉 부식, 즉, 도전성 물질 배선의 부식은 발생하기 어렵다. 0.25V를 초과하는 경우, 도체와 도전성 물질의 전위차 절대값이 어느 정도 커지기 때문에, 도체와 도전성 물질의 경계부 근방의 도전성 물질의 표면으로부터 전자와 도전성 물질의 이온이 연마액 내에 용출되어, 도전성 물질 배선의 부식이 발생하기 쉽다. 또한, 상기 전위차 절대값이 0.20V 이하인 경우, 도전성 물질 배선의 부식이 더욱 발생하기 어렵게 된다. In the polishing liquid of the present invention, the absolute value of the potential difference between the conductive material and the conductor in the liquid is preferably 0.25 V or less. When the absolute value of the potential difference is 0.25 V or less, dissimilar metal contact corrosion between the conductive material and the conductor, that is, corrosion of the conductive material wiring is unlikely to occur. If the value exceeds 0.25 V, the absolute value of the potential difference between the conductor and the conductive material is somewhat increased, so that ions of the electron and the conductive material are eluted from the surface of the conductive material near the boundary between the conductor and the conductive material in the polishing liquid, and the conductive material wiring Corrosion is likely to occur. In addition, when the absolute value of the potential difference is 0.20 V or less, corrosion of the conductive material wiring is less likely to occur.

본 발명에 있어서, 도전성 물질과 도체의 전위차 절대값은 다음 과정으로 측정하는 것으로 한다. 즉, 100ml 정도의 용량의 비이커에 50ml 정도의 연마액을 넣고, 항온조에서 50±5℃로 한다. 여기서 연마액이란, CMP 연마 시의 연마액이고, 화학 기계 연마하기 직전에 첨가하는 경우가 있는 금속의 산화제 등의 첨가물을 실제로 첨가한 후의 연마액이다. 도전성 물질막을 스퍼터링법으로 형성한 실리콘 기판(이하, 도전성 물질 기판이라고 함)과, 탄탈 등의 도체막을 스퍼터링법으로 형성한 실리콘 기판(이하, 도체 기판이라고 함)을 적당한 크기로 하고, 전위계의 정극측을 도전성 물질 기판에, 부극측을 도체 기판에 접속한다. 그 후, 도전성 물질 기판 및 도체 기판을 상호 접촉하지 않도록 거리를 둔 상태에서, 연마액에 침지하고 나서 30초 경과 후까지의 전위차 측정치의 절대값의 최소값을 전위차 절대값으로서 채용한다. 비이커의 소재는 연마액과 반응하지 않는 한 특별히 한정되지 않지만, 유리제, 플라스틱제 등이 바람직하다. In the present invention, the absolute value of the potential difference between the conductive material and the conductor is measured by the following procedure. That is, about 50 ml of polishing liquid is put into a beaker with a capacity of about 100 ml, and it is set to 50 +/- 5 degreeC in a thermostat. The polishing liquid is a polishing liquid at the time of CMP polishing, and is a polishing liquid after actually adding an additive such as an oxidizing agent of metal which may be added immediately before chemical mechanical polishing. A silicon substrate (hereinafter referred to as a conductive material substrate) on which a conductive material film is formed by sputtering method and a silicon substrate (hereinafter referred to as a conductor substrate) on which a conductor film such as tantalum is formed by sputtering method are set to an appropriate size, and the positive electrode of the electrometer The side is connected to the conductive material substrate and the negative electrode side is connected to the conductor substrate. Then, the minimum value of the absolute value of the potential difference measurement value 30 minutes after immersion in the polishing liquid with the conductive material substrate and the conductor substrate spaced apart from each other is adopted as the potential difference absolute value. The material of the beaker is not particularly limited as long as it does not react with the polishing liquid, but glass or plastic is preferable.

도체와 도전성 물질의 전위차 절대값을 작게 하는 방법으로서는, 도체와 도전성 물질의 경계부 근방의 전자의 이동을 억제시키는 효과가 있는 첨가제를 연마액에 함유시키는 방법을 들 수 있다. 도체와 도전성 물질의 경계부 근방의 전자의 이동을 억제시키는 효과가 있는, 도체와 도전성 물질의 전위차 절대값을 낮추는 첨가제(이하, 전위차를 낮추는 첨가제라고 함)에는 특별히 제한은 없지만, 아민 화합물, 아미드 화합물 및 술폭시드 화합물 중에서 선택되는 1종(A) 이상을 함유하는 것이 바람직하다. 또한, 히드록실기, 카르보닐기, 카르복실기, 아미노기, 아미드기 및 술피닐기 중 어느 하나를 함유하고, 또한 질소 및 황 원자 중 적어도 한쪽을 함유하는 복소환 화합물 중에서 선택되는 1종(B) 이상을 함유하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 (A)와 (B)를 병용하여 이용할 수도 있다. As a method of reducing the absolute value of the potential difference between a conductor and a conductive material, the polishing liquid contains an additive which has an effect of suppressing the movement of electrons near the boundary between the conductor and the conductive material. The additive which lowers the absolute value of the potential difference between the conductor and the conductive material (hereinafter referred to as an additive that lowers the potential difference), which has the effect of suppressing the movement of electrons near the boundary between the conductor and the conductive material, is not particularly limited. And one or more (A) selected from sulfoxide compounds. Moreover, it contains any one of a hydroxyl group, a carbonyl group, a carboxyl group, an amino group, an amide group, and a sulfinyl group, and also contains 1 or more types (B) chosen from the heterocyclic compound containing at least one of a nitrogen and a sulfur atom. It is preferable. Moreover, you may use together and use said (A) and (B).

상기 (A)에 포함되는 화합물 중, 아민 화합물은 이하의 것이 예시된다. 모노에탄올아민, N,N-디메틸에탄올아민, N-메틸디에탄올아민, 트리에탄올아민 등의 알칸올아민; n-프로필아민, 부틸아민, 디부틸아민, 트리부틸아민, 1,4-부탄디아민, 트리에틸렌테트라민, 시클로헥실아민 등의 지방족 아민; 아닐린, N-메틸아닐린, N-에틸아닐린, 방향족 폴리아민 등의 방향족 아민. The following are illustrated as an amine compound among the compounds contained in said (A). Alkanolamines such as monoethanolamine, N, N-dimethylethanolamine, N-methyl diethanolamine, and triethanolamine; aliphatic amines such as n-propylamine, butylamine, dibutylamine, tributylamine, 1,4-butanediamine, triethylenetetramine and cyclohexylamine; Aromatic amines such as aniline, N-methylaniline, N-ethylaniline, and aromatic polyamines.

또한, 아미드 화합물로서는 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 헥사메틸포스포릭트리아미드 등을 들 수 있고, 술폭시드 화합물로서는 디메틸술폭시드 등을 들 수 있다. Examples of the amide compound include dimethylformamide, dimethylacetamide, and hexamethylphosphoric triamide. Examples of the sulfoxide compound include dimethyl sulfoxide and the like.

상기 (B)에 포함되는 복소환 화합물로서는, 피라진아미드, 피라진-2,3-디카르복실산 모노아미드, 피라진카르복실산, 2,3-피라진디카르복실산, 1-히드록시벤조트리아졸, 2-아미노-2-티아졸린아세트산, 3,5-디메틸피라졸, 피라진카르복사미드, 4-아미노-1,2,4-트리아졸, 1,2,4-트리아졸-3-온 등이 예시된다. As a heterocyclic compound contained in the said (B), pyrazine amide, pyrazine-2, 3- dicarboxylic acid monoamide, pyrazine carboxylic acid, 2, 3- pyrazine dicarboxylic acid, 1-hydroxy benzotriazole , 2-amino-2-thiazoline acetic acid, 3,5-dimethylpyrazole, pyrazinecarboxamide, 4-amino-1,2,4-triazole, 1,2,4-triazol-3-one, etc. This is illustrated.

이들 전위차를 낮추는 첨가제중, 모노에탄올아민, 에틸아민, n-프로필아민, n-부틸아민, 디부틸아민, 트리부틸아민, 1,4-부탄디아민, 시클로헥실아민, 트리에틸렌테트라민, N,N-디메틸에탄올아민, N-메틸디에탄올아민, 트리에탄올아민, 헥사메틸포스포릭트리아미드, 아닐린, N-메틸아닐린, N-에틸아닐린, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 디메틸술폭시드, 피라진아미드, 피라진-2,3-디카르복실산 모노아미드, 피라진카르복실산, 2,3-피라진디카르복실산, 1-히드록시벤조트리아졸, 2-아미노-2-티아졸린아세트산, 3,5-디메틸피라졸, 피라진카르복사미드, 4-아미노-1,2,4-트리아졸, 1,2,4-트리아졸-3-온이 바람직하고, 모노에탄올아민, N,N-디메틸에탄올아민, N-메틸디에탄올아민, 트리에탄올아민, n-부틸아민, 헥사메틸포스포릭트리아미드, 아닐린, 시클로헥실아민, 디메틸술폭시드, 디메틸아세트아미드, 피라진카르복실산, 2,3-피라진디카르복실산, 1-히드록시벤조트리아졸, 2-아미노-2-티아졸린아세트산, 3,5-디메틸피라졸, 피라진카르복사미드, 4-아미노-1,2,4-트리아졸, 1,2,4-트리아졸-3-온이 보다 바람직하고, N-디메틸에탄올아민, 트리에탄올아민, 아닐린, 4-아미노-1,2,4-트리아졸, 1-히드록시벤조트리아졸, 피라진카르복실산, 2,3-피라진디카르복실산이 더욱 바람직하다. Among the additives for lowering the potential difference, monoethanolamine, ethylamine, n-propylamine, n-butylamine, dibutylamine, tributylamine, 1,4-butanediamine, cyclohexylamine, triethylenetetramine, N, N-dimethylethanolamine, N-methyldiethanolamine, triethanolamine, hexamethylphosphoric triamide, aniline, N-methylaniline, N-ethylaniline, dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, pyrazineamide, Pyrazine-2,3-dicarboxylic acid monoamide, pyrazinecarboxylic acid, 2,3-pyrazinedicarboxylic acid, 1-hydroxybenzotriazole, 2-amino-2-thiazoline acetic acid, 3,5- Dimethylpyrazole, pyrazinecarboxamide, 4-amino-1,2,4-triazole, 1,2,4-triazol-3-one are preferred, monoethanolamine, N, N-dimethylethanolamine, N-methyldiethanolamine, triethanolamine, n-butylamine, hexamethylphosphoric triamide, aniline, cyclohexyl a , Dimethyl sulfoxide, dimethylacetamide, pyrazinecarboxylic acid, 2,3-pyrazinedicarboxylic acid, 1-hydroxybenzotriazole, 2-amino-2-thiazoline acetic acid, 3,5-dimethylpyrazole, More preferred are pyrazinecarboxamide, 4-amino-1,2,4-triazole, 1,2,4-triazol-3-one, and N-dimethylethanolamine, triethanolamine, aniline, 4-amino- More preferred are 1,2,4-triazole, 1-hydroxybenzotriazole, pyrazinecarboxylic acid, and 2,3-pyrazinedicarboxylic acid.

이들은 1종 단독으로 사용하거나, 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.These can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types.

본 발명의 연마액에 있어서의 전위차를 낮추는 첨가제로서, (B) 히드록실기, 카르보닐기, 카르복실기, 아미노기, 아미드기 및 술피닐기 중 어느 하나를 함유하고, 또한 질소 및 황 원자 중 적어도 한쪽을 함유하는 복소환 화합물을 이용하는 경우, 연마액에 황산구리(II)를 첨가했을 때에 생성되는 구리 착체의 연마액으로의 용해도가 액체 온도 25℃에서 1중량% 이상인 것이 바람직하다. 상기 용해도가 1중량% 이상인 상기 복소환 화합물을 배합한 경우, 전위차 절대값이 작아지고, 반대로, 상기 용해도가 1중량% 미만인 복소환 화합물을 배합한 경우, 전위차 절대값이 커지는 경향이 있다.As an additive which lowers the potential difference in the polishing liquid of the present invention, (B) contains any one of a hydroxyl group, a carbonyl group, a carboxyl group, an amino group, an amide group and a sulfinyl group, and further contains at least one of nitrogen and sulfur atoms. When using a heterocyclic compound, it is preferable that the solubility of the copper complex produced | generated when copper sulfate (II) is added to polishing liquid to 1 weight% or more at 25 degreeC of liquid temperature is preferable. When the said heterocyclic compound which is the said solubility of 1 weight% or more is mix | blended, absolute potential difference value will become small, On the contrary, when the said solubility contains the heterocyclic compound which is less than 1 weight%, there exists a tendency for absolute potential difference value to become large.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 용해도는 이하와 같이 측정한다. CMP용 연마액에 황산구리(II)를 적량 첨가하고, 잘 교반한 후, 액체 온도를 25℃로 유지하고, 60분간 정치하여, 용기 내의 침전물의 유무를 확인한다. 여기서, 황산구리(II)의 첨가량으로서는, 연마액 100g에 대하여 0 내지 10(단 0을 제외함)g으로 하는 것이 바람직하고, 상기 (B) 복소환 화합물과 구리(II) 이온이 몰 농도 2대1로 착체를 형성하는 것으로 하여, 연마액 내의 상기 (B) 복소환 화합물의 몰 농도의 반을 첨가하는 것이 특히 바람직하다. In addition, in this invention, the said solubility is measured as follows. Copper (II) sulfate is appropriately added to the CMP polishing liquid and stirred well, then the liquid temperature is maintained at 25 ° C. and left for 60 minutes to confirm the presence or absence of deposits in the vessel. The addition amount of copper (II) sulfate is preferably 0 to 10 g (except 0) with respect to 100 g of the polishing liquid, and the (B) heterocyclic compound and copper (II) ions have two molar concentrations. It is particularly preferable to form a complex with 1 and add half of the molar concentration of the (B) heterocyclic compound in the polishing liquid.

본 발명에 있어서의 연마 입자로서는, 실리카, 알루미나, 지르코니아, 세리아, 티타니아, 게르마니아, 탄화규소 등의 무기물 연마 입자, 폴리스티렌, 폴리아크릴, 폴리염화비닐 등의 유기물 연마 입자를 들 수 있다. 실리카, 알루미나, 지르코니아, 세리아, 티타니아, 게르마니아가 바람직하고, 특히, 연마액 내에서의 분산 안정성이 좋고, CMP에 의해 발생하는 연마 흠집(스크래치)의 발생수가 적고, 평균 입경이 70㎚ 이하인 콜로이드성 실리카, 콜로이드성 알루미나가 바람직하고, 평균 입경이 40㎚ 이하인 콜로이드성 실리카, 콜로이드성 알루미나가 보다 바람직하다. 또한, 일차 입자가 평균 2입자 미만 응집해 있는 입자가 바람직하고, 일차 입자가 평균 1.2입자 미만 응집해 있는 입자가 보다 바람직하다. 또한, 평균 입도 분포의 표준편차가 10nm 이하인 것이 바람직하고, 평균 입도 분포의 표준편차가 5㎚ 이하인 것이 보다 바람직하다. 이들은 1종 단독으로, 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. Examples of the abrasive particles in the present invention include inorganic abrasive particles such as silica, alumina, zirconia, ceria, titania, germania, and silicon carbide, and organic abrasive particles such as polystyrene, polyacryl, and polyvinyl chloride. Silica, alumina, zirconia, ceria, titania, and germania are preferred, and particularly, the dispersion stability in the polishing liquid is good, the number of occurrence of polishing scratches (scratches) caused by CMP is small, and the colloidal property with an average particle diameter of 70 nm or less. Silica and colloidal alumina are preferable, and colloidal silica and colloidal alumina whose average particle diameter is 40 nm or less are more preferable. Moreover, the particle | grains which the primary particle aggregated less than an average of 2 particle | grains are preferable, and the particle | grains which primary particle aggregated less than 1.2 particle | grains are more preferable. Moreover, it is preferable that the standard deviation of average particle size distribution is 10 nm or less, and it is more preferable that the standard deviation of average particle size distribution is 5 nm or less. These can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types.

콜로이드성 실리카는 실리콘알콕시드의 가수분해 또는 규산나트륨의 이온 교 환에 의한 제조 방법이 알려져 있고, 콜로이드성 알루미나는 질산 알루미늄의 가수분해에 의한 제조 방법이 알려져 있다. 콜로이드성 실리카는, 입경 제어성이나 알칼리 금속 불순물 면에서, 실리콘알콕시드의 가수분해에 의한 제조 방법에 의한 것이 가장 많이 이용된다. 실리콘알콕시드로서는 TEMS(테트라메톡시실란) 또는 TEOS(테트라에톡시실란)이 일반적으로 이용된다. 알코올 용매 내에서 가수분해하는 방법에 있어서, 입경에 영향을 주는 매개 변수로서는, 실리콘알콕시드의 농도, 촉매로서 이용되는 암모니아 농도와 pH, 반응 온도, 알코올 용매의 종류(분자량) 및 반응 시간 등이 있다. 이들 매개 변수를 조정함으로써, 원하는 입경 및 응집도의 콜로이드성 실리카 분산액을 얻을 수 있다. Colloidal silica is known to be produced by hydrolysis of silicon alkoxide or ion exchange of sodium silicate, and colloidal alumina is known to be produced by hydrolysis of aluminum nitrate. Colloidal silica is most commonly used by the production method by hydrolysis of silicon alkoxide from the viewpoint of particle size controllability and alkali metal impurities. As the silicon alkoxide, TEMS (tetramethoxysilane) or TEOS (tetraethoxysilane) is generally used. In the method of hydrolyzing in an alcohol solvent, the parameters affecting the particle size include the concentration of silicon alkoxide, the ammonia concentration and pH used as a catalyst, the reaction temperature, the type of alcohol solvent (molecular weight), the reaction time, and the like. have. By adjusting these parameters, a colloidal silica dispersion liquid having a desired particle size and agglomeration degree can be obtained.

본 발명에 있어서의 산화 금속 용해제는 특별히 제한은 없지만, 유기산, 유기산 에스테르, 유기산의 암모늄염, 무기산, 무기산의 암모늄염류를 들 수 있다. 이 중에서는, 실용적인 CMP 속도를 유지하면서, 에칭 속도를 효과적으로 억제할 수 있다는 점에서 포름산, 말론산, 말산, 타르타르산, 시트르산, 살리실산, 아디프산, 프탈산, 폴리아크릴산이 금속을 주성분으로 하는 도전성 물질에 대하여 바람직하고, 또한, 높은 CMP 속도 면에서 황산이 금속을 주성분으로 하는 도전성 물질에 대하여 바람직하다. 이들은 1종 단독으로, 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.The metal oxide solubilizer in the present invention is not particularly limited, and examples thereof include organic acids, organic acid esters, ammonium salts of organic acids, inorganic acids, and ammonium salts of inorganic acids. Among them, formic acid, malonic acid, malic acid, tartaric acid, citric acid, salicylic acid, adipic acid, phthalic acid, and polyacrylic acid are mainly conductive metals in that the etching rate can be effectively suppressed while maintaining a practical CMP rate. It is preferable for the conductive material whose sulfuric acid is mainly composed of metal in terms of high CMP rate. These can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types.

본 발명에 있어서의 금속 부식 방지제는 특별히 제한은 없지만, 트리아졸 골격을 갖는 것, 피라졸 골격을 갖는 것, 피라미딘 골격을 갖는 것, 이미다졸 골격을 갖는 것, 구아니딘 골격을 갖는 것, 티아졸 골격을 갖는 것 등을 들 수 있다. 이들은 1종 단독으로, 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 또한, 상술한 전위 차를 낮추는 첨가제 중 (B)에 포함되는 복소환 화합물을 금속 부식 방지제로서 겸용하여도 상관없다.Although the metal corrosion inhibitor in this invention does not have a restriction | limiting in particular, It has a triazole skeleton, a pyrazole skeleton, a pyramidine skeleton, an imidazole skeleton, a guanidine skeleton, a thiazole And having a skeleton. These can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types. In addition, the heterocyclic compound contained in (B) among the additives which lowers the above-described potential difference may be used as the metal corrosion inhibitor.

본 발명의 CMP용 연마액에 금속의 산화제를 배합할 수도 있다. 금속의 산화제로서는 과산화수소, 질산, 과요오드산 칼륨, 차아염소산, 오존수 등을 들 수 있으며, 그 중에서도 과산화수소가 특히 바람직하다. 이들은 1종 단독으로, 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 기판이 집적 회로용 소자를 포함하는 실리콘 기판인 경우, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 할로겐화물 등에 의한 오염은 바람직하지 않기 때문에, 비휘발 성분을 포함하지 않는 산화제가 바람직하다. 오존수는 조성의 시간 변화가 심하기 때문에 과산화수소가 가장 적합하다. 단, 적용 대상인 기판이 반도체 소자를 포함하지 않는 유리 기판 등인 경우에는 비휘발 성분을 포함하는 산화제이어도 상관 없다.You may mix | blend a metal oxidizing agent with the CMP polishing liquid of this invention. Examples of the metal oxidizing agent include hydrogen peroxide, nitric acid, potassium periodate, hypochlorous acid, ozone water, and the like, and hydrogen peroxide is particularly preferable. These can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types. When the substrate is a silicon substrate including an integrated circuit element, contamination by alkali metal, alkaline earth metal, halide or the like is not preferable, and therefore, an oxidant containing no nonvolatile component is preferable. Hydrogen peroxide is most suitable for ozone water because of its time-varying composition. However, in the case where the substrate to be applied is a glass substrate or the like which does not contain a semiconductor element, it may be an oxidizing agent containing a nonvolatile component.

또한, 본 발명의 CMP용 연마액에 용제를 배합할 수도 있다. 본 발명의 CMP용 연마액에 있어서의 용제로서는 특별히 제한은 없지만, 물과 임의로 혼합할 수 있는 유기 용매가 바람직하다. 예를 들면, 글리콜류, 글리콜모노에테르류, 글리콜디에테르류, 알코올류, 탄산 에스테르류, 락톤류, 에테르류, 케톤류, 기타 페놀, 디메틸포름아미드, n-메틸피롤리돈, 아세트산 에틸, 락트산 에틸, 술포란 등을 들 수 있다. 바람직하게는, 글리콜모노에테르류, 알코올류, 탄산 에스테르류 중에서 선택되는 1종 이상이다. Moreover, a solvent can also be mix | blended with the CMP polishing liquid of this invention. Although there is no restriction | limiting in particular as a solvent in the CMP polishing liquid of this invention, The organic solvent which can be mixed arbitrarily with water is preferable. For example, glycols, glycol monoethers, glycol diethers, alcohols, carbonate esters, lactones, ethers, ketones, other phenols, dimethylformamide, n-methylpyrrolidone, ethyl acetate, lactic acid Ethyl, sulfolane and the like. Preferably, it is 1 or more types chosen from glycol monoethers, alcohols, and carbonate esters.

본 발명의 연마액에 있어서 전위차를 낮추는 첨가제를 배합하는 경우, 상기 첨가제의 배합량은, 연마액 100g에 대하여, 0.001 내지 10g으로 하는 것이 바람직 하고, 0.005 내지 5g으로 하는 것이 보다 바람직하고, 0.01 내지 1g으로 하는 것이 특히 바람직하다. 배합량이 0.001g 미만이면 전위차 절대값을 작게 하는 효과가 낮아지는 경향이 있고, 10g를 초과하면 연마 속도가 낮아져서, 패턴 웨이퍼 연마 후의 평탄성이 악화되는 경향이 있다. When mix | blending the additive which lowers an electric potential difference in the grinding | polishing liquid of this invention, it is preferable to set the compounding quantity of the said additive to 0.001-10g with respect to 100g of grinding | polishing liquid, It is more preferable to set it as 0.005-5g, 0.01-1g It is especially preferable to set it as. If the blending amount is less than 0.001 g, the effect of reducing the absolute value of the potential difference tends to be low, and if it exceeds 10 g, the polishing rate is lowered, and the flatness after pattern wafer polishing tends to be deteriorated.

연마 입자를 배합하는 경우, 본 발명에 있어서의 연마 입자의 배합량은, 연마액 100g에 대하여, 0.01 내지 50g으로 하는 것이 바람직하고, 0.02 내지 20g으로 하는 것이 보다 바람직하고, 0.05 내지 10g으로 하는 것이 특히 바람직하다. 배합량이 0.01g 미만이면 연마 속도가 낮아지는 경향이 있고, 50g를 초과하면 연마 흠집이 많이 발생하는 경향이 있다. In the case of blending the abrasive grains, the blending amount of the abrasive grains in the present invention is preferably 0.01 to 50 g, more preferably 0.02 to 20 g, particularly preferably 0.05 to 10 g with respect to 100 g of the polishing liquid. desirable. If the compounding amount is less than 0.01 g, the polishing rate tends to be low, and if it exceeds 50 g, the polishing scratch tends to occur.

산화 금속 용해제를 배합하는 경우, 본 발명에 있어서의 산화 금속 용해제의 배합량은, 연마액 100g에 대하여, 0.001 내지 20g으로 하는 것이 바람직하고, 0.002 내지 10g으로 하는 것이 보다 바람직하고, 0.005 내지 5g으로 하는 것이 특히 바람직하다. 배합량이 0.001g 미만이면 연마 속도가 낮아지는 경향이 있고, 20g를 초과하면 에칭의 억제가 곤란해져 연마면이 거칠어지는 경향이 있다.When mix | blending a metal oxide dissolving agent, the compounding quantity of the metal oxide dissolving agent in this invention is preferably 0.001-20 g with respect to 100 g of polishing liquid, It is more preferable to set it as 0.002-10 g, It is 0.005-5 g Is particularly preferred. When the compounding amount is less than 0.001 g, the polishing rate tends to be low, and when it exceeds 20 g, the etching is difficult to be suppressed, and the polishing surface tends to be rough.

금속 부식 방지제를 배합하는 경우, 본 발명에 있어서의 금속 부식 방지제의 배합량은, 연마액 100g에 대하여, 0 내지 10g(다만, 0을 제외함)으로 하는 것이 바람직하고, 0.001 내지 5g으로 하는 것이 보다 바람직하고, 0.002 내지 2g으로 하는 것이 특히 바람직하다. 이 배합량이 10g를 초과하면 연마 속도가 낮아지는 경향이 있다. When mix | blending a metal corrosion inhibitor, it is preferable to make the compounding quantity of the metal corrosion inhibitor in this invention into 0-10g (but except 0) with respect to 100g of polishing liquid, and it is more preferable to set it as 0.001-5g. It is preferable and it is especially preferable to set it as 0.002-2g. When this compounding quantity exceeds 10 g, it exists in the tendency for a grinding | polishing rate to become low.

금속의 산화제를 배합하는 경우, 본 발명에 있어서의 금속의 산화제의 배합 량은, 연마액 100g에 대하여, 0.01 내지 50g으로 하는 것이 바람직하고, 0.02 내지 20g으로 하는 것이 보다 바람직하고, 0.05 내지 10g으로 하는 것이 특히 바람직하다. 배합량이 0.01g 미만이면 금속의 산화가 불충분하여 CMP 속도가 낮아지는 경향이 있고, 50g를 초과하면 연마면이 거칠어지는 경향이 있다. When mix | blending the oxidizing agent of a metal, it is preferable to set the compounding quantity of the oxidizing agent of the metal in this invention to 0.01-50 g with respect to 100 g of polishing liquid, It is more preferable to set it as 0.02-20 g, It is 0.05-10 g It is particularly preferable to. If the blending amount is less than 0.01 g, the oxidation of the metal is insufficient and the CMP rate tends to be low, and if it exceeds 50 g, the polishing surface tends to be rough.

유기 용매를 배합하는 경우, 본 발명에 있어서의 유기 용매의 배합량은, 연마액 100g에 대하여, 0.1 내지 95g으로 하는 것이 바람직하고, 0.2 내지 50g으로 하는 것이 보다 바람직하고, 0.5 내지 10g으로 하는 것이 특히 바람직하다. 배합량이 0.1g 미만이면 연마액의 기판에 대한 습윤성이 낮아지는 경향이 있고, 95g를 초과하면 인화될 위험성이 커지기 때문에 제조 공정상 바람직하지 않다. 또한, 물의 배합량은 나머지부일 수도 있고, 특별히 제한은 없다. When mix | blending an organic solvent, the compounding quantity of the organic solvent in this invention has preferable 0.1-95g with respect to 100g of polishing liquid, It is more preferable to use 0.2-50g, It is especially preferable to set it as 0.5-10g desirable. If the blending amount is less than 0.1 g, the wettability of the polishing liquid to the substrate tends to be low, and if it exceeds 95 g, the risk of ignition increases, which is not preferable in the manufacturing process. In addition, the compounding quantity of water may be remainder, and there is no restriction | limiting in particular.

또한, 본 발명의 연마액에는, 상술한 각종 성분 외에, 필요에 따라서, 수용성 중합체, 착색제 등을 함유시킬 수도 있다. In addition to the various components described above, the polishing liquid of the present invention may also contain a water-soluble polymer, a colorant, or the like as necessary.

이상과 같은 본 발명의 연마액을, 반도체 디바이스에 있어서의 배선층의 형성에 적용할 수 있다. 예를 들면 도전성 물질층과, 배리어층과, 층간 절연막의 화학 기계 연마(CMP)에 사용할 수 있다. 본 발명의 연마 방법은, 표면이 오목부 및 볼록부로 이루어지는 층간 절연막과, 상기 층간 절연막을 표면을 따라서 피복하는 배리어층과, 상기 오목부를 충전하여 배리어층을 피복하는 도전성 물질층을 갖는 기판에서, 도전성 물질층을 연마하여 상기 볼록부의 배리어층을 노출시키는 제1의 연마 공정과, 적어도 배리어층과 오목부의 도전성 물질층을 연마하고, 경우에 따라서 추가로 층간 절연막을 연마하여 평탄화시키는 제2의 연마 공정을 포함한다. 그 리고, 상기 제2의 연마 공정에서 상기 본 발명의 연마액을 공급하면서 화학 기계 연마한다. The polishing liquid of the present invention as described above can be applied to the formation of a wiring layer in a semiconductor device. For example, it can be used for chemical mechanical polishing (CMP) of a conductive material layer, a barrier layer, and an interlayer insulation film. In the polishing method of the present invention, in a substrate having an interlayer insulating film having a concave portion and a convex portion, a barrier layer covering the interlayer insulating film along the surface, and a conductive material layer filling the concave portion to cover the barrier layer, A first polishing step of polishing the conductive material layer to expose the barrier layer of the convex portion, and a second polishing of polishing at least the barrier layer and the conductive material layer of the concave portion, and optionally by further polishing the interlayer insulating film. Process. Then, in the second polishing step, chemical mechanical polishing is performed while supplying the polishing liquid of the present invention.

여기서, 화학 기계 연마에는, 피연마면을 갖는 기판을 연마정반의 연마포(패드) 상에 가압한 상태로 연마액을 공급하면서 연마정반과 기판을 상대적으로 움직이게 하는 것에 의해 피연마면을 연마하는 방법을 들 수 있다. 평탄화시키기 위해서는, 그 외에, 금속제 또는 수지제의 브러시를 접촉시키는 방법, 연마액을 소정의 압력으로 분사하는 방법을 들 수 있다. In the chemical mechanical polishing, the polishing surface is polished by relatively moving the polishing surface and the substrate while supplying the polishing liquid while pressing the substrate having the polishing surface onto the polishing cloth (pad) of the polishing table. A method is mentioned. In addition, in order to planarize, the method of contacting a metal or resin brush, and the method of spraying polishing liquid at predetermined pressure are mentioned.

도전성 물질로서는, 상술한 바와 같이, 금속이 주성분인 물질을 들 수 있고, 도전성 물질 (a)가 바람직하고, 구리가 보다 바람직하다. 도전성 물질층으로서 공지된 스퍼터링법, 도금법에 의해 상기 물질을 성막한 막을 사용할 수 있다. As an electroconductive substance, the substance whose main component is a metal is mentioned as mentioned above, A electroconductive substance (a) is preferable and copper is more preferable. As the conductive material layer, a film in which the material is formed by a known sputtering method or a plating method can be used.

배리어층은 상술한 바와 같이, 텅스텐, 티탄, 그 밖의 도체 (b)를 포함하는 배리어층, 및 이 배리어층을 포함하는 적층막을 들 수 있다. As mentioned above, a barrier layer containing tungsten, titanium, another conductor (b), and the laminated film containing this barrier layer are mentioned as mentioned above.

층간 절연막으로서는 실리콘계 피막이나 유기 중합체막을 들 수 있다. 실리콘계 피막으로서는, 이산화규소, 플루오로실리케이트 유리, 트리메틸실란이나 디메톡시디메틸실란을 출발 물질로 하여 얻어지는 오르가노실리케이트 유리, 실리콘옥시니트라이드, 수소화 실세스퀴옥산 등의 실리카계 피막이나, 실리콘카바이드 및 실리콘니트라이드를 들 수 있다. 또한, 유기 중합체막으로서는 전체 방향족계 저유전율층간 절연막을 들 수 있다. 특히, 오르가노실리케이트 유리가 바람직하다. 이들 막은, CVD법, 스핀 코팅법, 침지 코팅법, 또는 분무법에 의해서 성막된다.Examples of the interlayer insulating film include a silicon film and an organic polymer film. Examples of the silicone coating include silica films such as silicon dioxide, fluorosilicate glass, organosilicate glass obtained by using trimethylsilane and dimethoxydimethylsilane as starting materials, silicon oxynitride, hydrogenated silsesquioxane, silicon carbide and Silicon nitride. Moreover, as an organic polymer film, a wholly aromatic low dielectric constant interlayer insulation film is mentioned. In particular, organosilicate glass is preferable. These films are formed by the CVD method, the spin coating method, the dip coating method, or the spray method.

연마하는 장치로서는, 예를 들면 연마포에 의해 연마하는 경우, 연마되는 기 판을 유지할 수 있는 홀더와, 회전수가 변경 가능한 모터 등에 접속되어 있고 연마포가 접착되는 정반을 갖는 일반적인 연마 장치를 사용할 수 있다. 연마포로서는 일반적인 부직포, 발포 폴리우레탄, 다공질 불소 수지 등을 사용할 수 있는데, 특별히 제한은 없다. 연마 조건에는 제한은 없지만, 정반의 회전 속도는 기판이 튀어나가지 않도록 200rpm 이하의 저회전이 바람직하다. 피연마면을 갖는 반도체 기판의 연마포로의 가압 압력(연마 압력)이 1 내지 100㎪인 것이 바람직하고, CMP 속도의 웨이퍼 면내 균일성 및 패턴의 평탄성을 만족시키기 위해서는, 5 내지 50㎪인 것이 보다 바람직하다. 연마하고 있는 동안에, 연마포에는 CMP용 연마액을 펌프 등으로 연속적으로 공급한다. 이 공급량에 제한은 없지만, 연마포의 표면이 항상 연마액으로 덮여져 있는 것이 바람직하다. 연마 종료 후의 기판은, 유수 속에서 잘 세정한 후, 스핀 드라이 등을 이용하여 기판 상에 부착된 물방울을 털어내고 건조시키는 것이 바람직하다. 연마포의 표면 상태를 항상 동일하게 하여 화학 기계 연마를 행하기 위해서, 연마 전에 연마포의 컨디셔닝 공정을 추가하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 다이아몬드 입자가 부착된 드레서를 이용하여 적어도 물을 포함하는 액으로 연마포의 컨디셔닝을 행한다. 계속해서 본 발명에 따른 화학 기계 연마 공정을 실시하고, 또한, 기판 세정 공정을 추가하는 것이 바람직하다. As a polishing device, for example, when polishing with a polishing cloth, a general polishing device having a holder capable of holding a substrate to be polished, a motor connected to a motor capable of changing the rotation speed, and a surface plate to which the polishing cloth is bonded can be used. have. As the polishing cloth, a general nonwoven fabric, foamed polyurethane, porous fluororesin, or the like can be used, but there is no particular limitation. Although there are no limitations on the polishing conditions, a low rotation of 200 rpm or less is preferable so that the rotational speed of the surface plate does not protrude. It is preferable that the pressurization pressure (polishing pressure) of the semiconductor substrate which has a to-be-polished surface to a polishing cloth is 1-100 Pa, and in order to satisfy | fill in-plane uniformity of a CMP speed and flatness of a pattern, it is more preferable that it is 5-50 Pa. desirable. While polishing, the polishing cloth for CMP is continuously supplied to the polishing cloth by a pump or the like. Although there is no restriction | limiting in this supply amount, It is preferable that the surface of an abrasive cloth is always covered with polishing liquid. It is preferable to wash the board | substrate after completion | finish of grinding | polishing well in flowing water, and to shake off the water droplets adhered on a board | substrate using spin-drying, etc., and to dry. In order to perform chemical mechanical polishing by always making the surface state of an abrasive cloth the same, it is preferable to add the conditioning process of an abrasive cloth before grinding | polishing. For example, the polishing cloth is conditioned with a liquid containing at least water using a dresser with diamond particles attached thereto. Then, it is preferable to perform the chemical mechanical polishing process which concerns on this invention, and also to add a board | substrate cleaning process.

본 발명의 연마 방법은, 예를 들면 반도체 디바이스에 있어서의 배선층의 형성에 적용할 수 있다. 이하, 본 발명의 연마 방법의 실시 양태를, 반도체 디바이스에 있어서의 배선층의 형성을 따라서 설명한다. The polishing method of the present invention can be applied, for example, to the formation of a wiring layer in a semiconductor device. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of the grinding | polishing method of this invention is described along with formation of the wiring layer in a semiconductor device.

우선, 실리콘의 기판 상에 이산화규소 등의 층간 절연막을 적층한다. 이어 서, 레지스트층 형성, 에칭 등의 공지된 수단에 의해서, 층간 절연막 표면에 소정 패턴의 오목부(기판 노출부)를 형성하여 볼록부와 오목부를 갖는 층간 절연막으로 한다. 이 층간 절연막 상에, 표면의 요철을 따라서 층간 절연막을 피복하는 탄탈 등의 배리어층을 증착 또는 CVD 등에 의해 성막한다. 또한, 상기 오목부를 충전하도록 배리어층을 피복하는 구리 등의 금속 도전성 물질층을 증착, 도금 또는 CVD 등에 의해 형성한다. 층간 절연막, 배리어층 및 도전성 물질의 형성 두께는, 각각0.01 내지 2.0㎛, 1 내지 100㎚, 0.01 내지 2.5㎛ 정도가 바람직하다. First, an interlayer insulating film such as silicon dioxide is laminated on a silicon substrate. Subsequently, by a known means such as resist layer formation, etching, or the like, recesses (substrate exposed portions) of a predetermined pattern are formed on the surface of the interlayer insulation film to form interlayer insulation films having convex portions and recesses. On this interlayer insulating film, a barrier layer such as tantalum which covers the interlayer insulating film along the unevenness of the surface is formed by vapor deposition or CVD. Further, a metal conductive material layer such as copper covering the barrier layer to fill the recess is formed by vapor deposition, plating or CVD. The thickness of the interlayer insulating film, barrier layer and conductive material is preferably 0.01 to 2.0 µm, 1 to 100 nm and 0.01 to 2.5 µm, respectively.

다음으로, 이 반도체 기판의 표면의 도전성 물질층을, 예를 들면 상기 도전성 물질/배리어층의 연마 속도비가 충분히 큰 상기 도전성 물질용의 연마액을 이용하여, CMP에 의해 연마한다(제1의 연마 공정). 이에 따라, 기판 상의 볼록부의 배리어층이 표면에 노출되고, 오목부에 상기 도전성 물질막이 남겨진 원하는 도체 패턴이 얻어진다. 이 얻어진 패턴면을, 제2의 연마 공정용의 피연마면으로 하여, 연마액을 이용하여 연마할 수 있다. Next, the conductive material layer on the surface of the semiconductor substrate is polished by CMP, for example, using a polishing liquid for the conductive material having a sufficiently large polishing rate ratio of the conductive material / barrier layer (first polishing). fair). As a result, a desired conductor pattern in which the barrier layer of the convex portion on the substrate is exposed on the surface and the conductive material film is left in the concave portion is obtained. This obtained pattern surface can be used as a to-be-polished surface for a 2nd grinding process, and can be grind | polished using a polishing liquid.

제2의 연마 공정에서는, 도전성 물질, 배리어층 및 층간 절연막을 연마할 수 있는 본 발명의 연마제를 사용하여, 화학 기계 연마에 의해, 적어도, 상기 노출되어 있는 배리어층 및 오목부의 도전성 물질을 연마한다. 볼록부의 배리어층 아래의 층간 절연막이 전부 노출되고, 오목부에 배선층이 되는 상기 도전성 물질층이 남겨지고, 볼록부와 오목부와의 경계에 배리어층의 단면이 노출된 원하는 패턴이 얻어진 시점에 연마를 종료한다. 연마 종료시의 보다 우수한 평탄성을 확보하기 위해서, 또한, 오버 연마(예를 들면, 제2의 연마 공정에서 원하는 패턴이 얻어질 때까지의 시간이 100초인 경우, 이 100초의 연마에 더하여 50초 추가하여 연마하는 것을 오버 연마 50%라고 함)하여 볼록부의 층간 절연막의 일부를 포함하는 깊이까지 연마할 수도 있다. In the second polishing step, at least, the exposed conductive material of the barrier layer and the concave portion is polished by chemical mechanical polishing using the abrasive of the present invention which can polish the conductive material, the barrier layer and the interlayer insulating film. . The interlayer insulating film under the barrier layer of the convex portion is completely exposed, the conductive material layer serving as the wiring layer is left in the concave portion, and the polishing is performed when a desired pattern is obtained in which the cross section of the barrier layer is exposed at the boundary between the convex portion and the concave portion. To exit. In order to ensure more excellent flatness at the end of polishing, in addition, if the time until the desired pattern is obtained in the second polishing process is 100 seconds, in addition to the polishing of 100 seconds, 50 seconds is added. The polishing may be over-polishing 50%) to a depth including a part of the interlayer insulating film of the convex portion.

이와 같이 하여 형성된 금속 배선 상에, 추가로, 층간 절연막 및 제2층째의 금속 배선을 형성하고, 그 배선 사이 및 배선 상에 재차 층간 절연막을 형성한 후, 연마하여 반도체 기판 전체면에 걸쳐 평활한 면으로 한다. 이 공정을 소정 횟수 반복함으로써, 원하는 배선층수를 갖는 반도체 디바이스를 제조할 수 있다. On the metal wiring thus formed, an interlayer insulating film and a metal wiring of the second layer are further formed, and an interlayer insulating film is formed again between the wirings and on the wirings, and then polished to smooth the entire surface of the semiconductor substrate. It is made with cotton. By repeating this step a predetermined number of times, a semiconductor device having a desired number of wiring layers can be manufactured.

본 발명의 연마액은, 상기한 바와 같은 반도체 기판에 형성된 금속막의 연마 뿐만아니라, 자기 헤드 등의 기판을 연마하기 위해서도 사용할 수 있다. The polishing liquid of the present invention can be used not only for polishing the metal film formed on the semiconductor substrate as described above but also for polishing a substrate such as a magnetic head.

이하, 실시예에 의해 본 발명을 설명한다. 본 발명은 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, an Example demonstrates this invention. The present invention is not limited by these examples.

(연마액 제조 방법)(Polishing solution manufacturing method)

표 1 내지 표 6에 나타내는 원재료를 각각의 배합으로 혼합하여 실시예 1 내지 30 및 비교예 1 내지 8에 사용하는 CMP용 연마액을 제조하였다.The raw materials shown in Tables 1 to 6 were mixed in the respective formulations to prepare polishing liquids for CMP used in Examples 1 to 30 and Comparative Examples 1 to 8.

Figure 112008033148810-PCT00001
Figure 112008033148810-PCT00001

Figure 112008033148810-PCT00002
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Figure 112008033148810-PCT00003
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Figure 112008033148810-PCT00004
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Figure 112008033148810-PCT00005
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Figure 112008033148810-PCT00006
Figure 112008033148810-PCT00006

(전위차 측정)(Potential difference measurement)

도 1에 본 발명에 있어서의 전위차의 측정 방법의 일례의 모식도를 도시한다. 도 1과 같이, 100ml의 유리제 비이커 (1)에 상기에서 제조한 각종 CMP용 연마액 (2)를 50ml 정도 주입하고, 항온층에 침지하여, 50℃±5℃로 유지하였다. 두께 1600㎚의 구리막을 스퍼터링법으로 형성한 실리콘 기판(이하, 구리 기판 (4)라고 함) 및, 두께 200㎚의 질화 탄탈막을 스퍼터링법으로 형성한 실리콘 기판(이하, 배리어 도체 기판 (3)이라고 함)를 15㎜×75㎜의 크기로 하고, 전위계 (5)의 정극측을 구리 기판 (4)에, 부극측을 배리어 도체 기판 (3)에 접속하였다. 그 후, 구리 기판 및 배리어 도체 기판을 상호 접촉하지 않도록 거리를 둔 상태에서 CMP용 연마액 (2)에 침지한 시점으로부터 30초 경과 후까지의 전위차의 최소값을 측정하였다. 실시예 1 내지 30 및 비교예 1 내지 8의 전위차 측정 결과를 표 7, 8에 나타내었다. The schematic diagram of an example of the measuring method of the potential difference in this invention is shown in FIG. As shown in FIG. 1, about 50 ml of the various CMP polishing liquids 2 prepared above were injected into a 100 ml glass beaker 1, and it was immersed in the constant temperature layer, and it maintained at 50 degreeC +/- 5 degreeC. A silicon substrate (hereinafter referred to as a copper substrate 4) formed with a copper film having a thickness of 1600 nm by the sputtering method, and a silicon substrate (hereinafter referred to as a barrier conductor substrate 3) formed with a tantalum nitride film having a thickness of 200 nm as a sputtering method. The size of 15 mm x 75 mm, and the positive electrode side of the electrometer 5 was connected to the copper substrate 4, and the negative electrode side was connected to the barrier conductor substrate 3. Thereafter, the minimum value of the potential difference from the time when the copper substrate and the barrier conductor substrate were immersed in the polishing liquid 2 for CMP 2 after a lapse of 30 seconds was measured so as not to contact each other. The potential difference measurement results of Examples 1 to 30 and Comparative Examples 1 to 8 are shown in Tables 7 and 8.

(구리 착체의 용해도의 측정)(Measurement of Solubility of Copper Complex)

실시예 2 내지 5, 7, 8, 21 내지 30 및 비교예 1, 5 내지 8에 관해서, 표 1 내지 표 6과 같이 배합한 CMP용 연마액에, 황산구리(II)를 적량 첨가하고, 용기 내의 침전물의 유무를 확인하였다. 이하에, 비교예 5 및 실시예 2에 관한 측정의 상세한 내용을 기재한다. In Examples 2 to 5, 7, 8, 21 to 30, and Comparative Examples 1 and 5 to 8, copper sulfate (II) was appropriately added to the CMP polishing liquid blended as shown in Tables 1 to 6, and then The presence or absence of a precipitate was confirmed. Below, the detail of the measurement concerning Comparative Example 5 and Example 2 is described.

비교예 5: 표 6의 비교예 5와 같이 배합한 CMP용 연마액 1000g에 황산구리(II) 5수화물을 2.6g 가하고, 잘 교반한 후, 액체 온도를 25℃로 유지하고, 60분간 정치시킨 결과 녹색의 침전물이 보였다. 여기서, 생성되는 구리와 3-메틸-5-피라졸론의 착체는 약 2.7g으로 추정되고, 녹색의 침전물은 구리와 3-메틸-5-피라졸론의 착체라고 생각된다. 따라서, 이 연마액에 있어서, 황산구리를 첨가했을 때에 생성되는 구리 착체의 연마액으로의 용해도가 액체 온도 25℃에서 0.27중량% 미만임을 알 수 있었다. Comparative Example 5: 2.6 g of copper sulfate (II) pentahydrate was added to 1000 g of the CMP polishing liquid formulated in the same manner as in Comparative Example 5 of Table 6, and after stirring well, the liquid temperature was maintained at 25 ° C. and left for 60 minutes. A green precipitate was seen. Here, the resulting complex of copper and 3-methyl-5-pyrazolone is estimated to be about 2.7 g, and the green precipitate is considered to be a complex of copper and 3-methyl-5-pyrazolone. Therefore, in this polishing liquid, it was found that the solubility of the copper complex produced when copper sulfate was added to the polishing liquid was less than 0.27% by weight at a liquid temperature of 25 ° C.

실시예 2: 표 1의 실시예 2와 같이 배합한 CMP용 연마액 1000g에 황산구리(II) 5수화물을 1.85g 가하고, 잘 교반한 후, 액체 온도를 25℃로 유지하고, 60분간 정치했지만, 이 액에 침전물이 보이지 않았다. 여기서, 생성되는 구리와 1-히드록시벤조트리아졸의 착체는 약 2.5g으로 추정된다. 이어서 이 액을 감압 건조기로 농축하여, 200g으로 하고, 액체 온도를 25℃로 유지하고, 60분간 정치했지만, 역시 침전물은 보이지 않았다. 따라서, 이 연마액에 있어서, 황산구리를 첨가했을 때에 생성되는 구리 착체의 연마액으로의 용해도가 액체 온도 25℃에서 1.25중량% 이상임을 알 수 있었다. Example 2: After adding 1.85 g of copper sulfate (II) pentahydrate to 1000 g of the CMP polishing liquid blended as in Example 2 of Table 1, stirring well, the liquid temperature was maintained at 25 ° C. and left to stand for 60 minutes. No precipitate was seen in this solution. Here, the complex of copper and 1-hydroxybenzotriazole produced is estimated to be about 2.5 g. Subsequently, the liquid was concentrated in a reduced pressure dryer to 200 g, and the liquid temperature was maintained at 25 ° C. and left for 60 minutes, but no precipitate was observed. Therefore, in this polishing liquid, it was found that the solubility of the copper complex produced when copper sulfate was added to the polishing liquid was 1.25% by weight or more at a liquid temperature of 25 ° C.

실시예 2 내지 5, 7, 8, 21 내지 30 및 비교예 1, 5 내지 8의 구리 착체의 용해성에 관해서, 마찬가지로 상기와 같이 조사하여, 이하와 같이 평가를 행하고, 결과를 표 7, 8에 나타내었다. The solubility of the copper complexes of Examples 2 to 5, 7, 8, 21 to 30 and Comparative Examples 1 and 5 to 8 were similarly investigated as described above and evaluated as follows. Indicated.

○: 구리 착체의 용해성이 액체 온도 25℃에서 1중량% 이상, (Circle): The solubility of a copper complex is 1 weight% or more at 25 degreeC of liquid temperature,

×: 구리 착체의 용해성이 액체 온도 25℃에서 1중량% 미만X: The solubility of a copper complex is less than 1 weight% at 25 degreeC of liquid temperature.

―: 미평가―: Not rated

(패턴 기판의 연마) (Polishing of patterned substrate)

패턴 기판으로서, SEMATECH(SEmiconductor MAnufacturing TECHnology) 제조의 SEMATECH854 CMP200을 공지된 방법으로 돌출된 구리막만 연마하여, 볼록부의 배리어층을 피연마면에 노출시켰다(제1 연마 공정). 이 기판을 하기의 연마에 사용하였다. As a patterned substrate, SEMATECH854 CMP200 manufactured by SEMATECH (SEMIconductor MAnufacturing TECHnology) was polished only by a copper film which protruded by a known method, and the barrier layer of the convex part was exposed to the to-be-polished surface (1st polishing process). This substrate was used for the following polishing.

<연마 조건> <Polishing condition>

연마 패드: 발포 폴리우레탄 수지(로델사 제조 형번: IC1000)Polishing pad: Foamed polyurethane resin (Rodel Corporation part number: IC1000)

연마 압력: 14㎪ Polishing pressure: 14㎪

기판과 연마정반과의 상대 속도: 70m/분Relative speed between substrate and polishing table: 70m / min

연마액의 공급량: 200ml/분Supply amount of polishing liquid: 200 ml / min

<기판의 연마 공정> Substrate Polishing Process

상기 패턴 기판을 상기에서 제조된 각 CMP용 연마액으로, 상기 연마 조건으로 60초간 화학 기계 연마하였다. 이것은 제2의 연마 공정에 상당하고, 약 20초간의 연마로 볼록부의 층간 절연막이 전부 피연마면에 노출되었고, 나머지 40초는 볼록부에서의 이 층간 절연막을 연마하였다. The pattern substrate was subjected to chemical mechanical polishing for 60 seconds under the polishing conditions with the polishing liquid for each CMP prepared above. This corresponds to the second polishing process, and all the interlayer insulating films of the convex portions were exposed to the surface to be polished by polishing for about 20 seconds, and the remaining 40 seconds were polished of the interlayer insulating films at the convex portions.

<기판의 세정 공정><Cleaning Step of Board>

상기에서 연마된 패턴 기판의 피연마면에 스폰지 브러시(폴리비닐알코올계 수지제)를 가압하고, 증류수를 기판에 공급하면서 기판과 스폰지 브러시를 회전시켜, 90초간 세정하였다. 이어서 스폰지 브러시를 제거하고, 기판의 피연마면에 증류수를 60초간 공급하였다. 마지막으로 기판을 고속으로 회전시킴으로써 증류수를 날려보내어 기판을 건조시켰다. The sponge brush (made of polyvinyl alcohol-based resin) was pressed onto the to-be-polished surface of the patterned substrate polished above, and the substrate and the sponge brush were rotated while supplying distilled water to the substrate, followed by washing for 90 seconds. Subsequently, the sponge brush was removed and distilled water was supplied to the surface to be polished of the substrate for 60 seconds. Finally, the substrate was dried at high speed by blowing distilled water.

<평가항목> <Evaluation Item>

상기에서 세정된 패턴 웨이퍼에 대하여, 하기 (1), (2)와 같은 평가를 행하고, 결과를 표 7, 8에 나타내었다. The pattern wafer washed above was evaluated as shown in the following (1) and (2), and the results are shown in Tables 7 and 8.

(1) 구리 배선 부식 상태: 길이 측정 주사형 전자 현미경을 이용하여 배선폭이 0.2 내지 0.5㎛인 고립 미세 배선부를 관찰하고, 그 부식 상태를 조사하여, 이하와 같이 평가를 행하였다. (1) Copper wiring corrosion state: length measurement The isolated fine wiring part whose wiring width is 0.2-0.5 micrometer was observed using the scanning electron microscope, the corrosion state was investigated, and it evaluated as follows.

◎: 부식이 없이 양호, ○: 선단부에 약간 부식이 보이지만 전반적으로 양호, △: 선단부에 부식이 보이고, 또한, 배선과 배리어층의 경계 부분에도 약간 부식이 보임. ×: 배선의 선단부뿐만아니라, 배선과 배리어층의 경계 부분에 부식 부분이 다수 보임.(Double-circle): Good without corrosion, (circle): A little corrosion is seen by a front end, but is generally good, (triangle | delta): A corrosion is seen by a front end, and a little corrosion is also seen by the boundary part of a wiring and a barrier layer. X: Not only the distal end portion of the wiring, but also a large number of corrosion portions are visible at the boundary between the wiring and the barrier layer.

(2) 평탄성(디싱량): 패턴 기판의 배선 금속(구리)부 폭 100㎛, 층간 절연막부 폭 100㎛가 교대로 배열된 스트라이프상 패턴부의 표면 형상으로부터, 촉침식 단차계로 층간 절연막부에 대한 배선 금속부의 막감소량(단위: Å)을 구하였다. (2) Flatness (discing amount): From the surface shape of the stripe-shaped pattern portion in which the width of the wiring metal (copper) portion of the pattern substrate and the interlayer insulating portion 100 width are alternately arranged, the interlayer insulating portion is touched with a tactile step. The film reduction amount (unit: kPa) of the wiring metal part was calculated | required.

Figure 112008033148810-PCT00007
Figure 112008033148810-PCT00007

Figure 112008033148810-PCT00008
Figure 112008033148810-PCT00008

표 7, 8에 나타낸 바와 같이, 비교예 1 내지 8에서는, 전위차가 0.25V를 초과하고, 0.2 내지 0.5㎛의 미세 구리 배선의 선단부뿐만아니라, 구리 배선과 배리어층과의 경계 부분에도 부식 부분이 다수 관찰되었다. 이에 반해, 실시예 1 내지 30에서는, 전위차가 0.25V 이하이고, 구리 배선 부식 상태도 양호하였다. 또한, 디싱량도 작고, 평탄성도 양호하였다. As shown in Tables 7 and 8, in Comparative Examples 1 to 8, the potential difference exceeds 0.25 V, and not only the tip portion of the fine copper wiring of 0.2 to 0.5 µm, but also the corrosion portion is also present at the boundary between the copper wiring and the barrier layer. A large number was observed. In contrast, in Examples 1 to 30, the potential difference was 0.25 V or less, and the copper wiring corrosion state was also good. Moreover, the dishing amount was also small and the flatness was also favorable.

본 발명의 CMP용 연마액에 의해, 패턴 기판의 도전성 물질 미세 배선부, 특히 부식이 커지는 경우가 많은, 0.5㎛ 이하의 미세 배선부의 부식 억제 효과가 얻어진다. 또한, 패턴 기판의 평탄성도 우수하다. 이 CMP용 연마액을 이용하여 화학 기계 연마를 행하는 본 발명의 연마 방법은, 생산성이 높고, 미세화, 박막화, 치수 정밀도, 전기 특성이 우수하고, 신뢰성이 높은 반도체 디바이스 및 다른 전자 기기의 제조에 바람직하다. By the CMP polishing liquid of the present invention, the corrosion inhibiting effect of the conductive material fine wiring portion of the pattern substrate, in particular, the fine wiring portion of 0.5 µm or less, which often increases corrosion, is obtained. Moreover, the flatness of a pattern substrate is also excellent. The polishing method of the present invention which performs chemical mechanical polishing using this CMP polishing liquid is preferable for the production of semiconductor devices and other electronic devices having high productivity, excellent micronization, thinning, dimensional accuracy, electrical characteristics, and high reliability. Do.

그리고, 이 연마액에 의하면, 배리어층, 도전성 물질 배선, 층간 절연막의 연마 속도비를 조정할 수 있기 때문에, 평탄성이 우수하다. 또한, 본 발명은, 미세화, 박막화, 치수 정밀도가 우수하고, 신뢰성이 높고, 저비용의 반도체 디바이스 등의 제조에 있어서의 연마 방법을 제공하는 것이다.This polishing liquid is excellent in flatness because the polishing rate ratio of the barrier layer, the conductive material wiring, and the interlayer insulating film can be adjusted. Moreover, this invention is providing the grinding | polishing method in manufacture of a semiconductor device etc. which are excellent in refinement | miniaturization, thin film formation, dimensional precision, high reliability, and low cost.

Claims (25)

전위계의 정극측을 도전성 물질에, 부극측을 도체에 접속시, 연마액 중 50±5℃에서의 도전성 물질과 도체의 전위차 절대값이 0.25V 이하인 것을 특징으로 하는, 적어도 도체층 및 상기 도체층과 접하는 도전성 물질층을 연마하는 CMP용 연마액. When the positive electrode side of the electrometer is connected to the conductive material and the negative electrode side is connected to the conductor, the absolute value of the potential difference between the conductive material and the conductor at 50 ± 5 ° C. in the polishing liquid is 0.25 V or less, at least the conductor layer and the conductor layer. A polishing liquid for CMP for polishing a conductive material layer in contact with it. 제1항에 있어서, 도체와 도전성 물질의 상기 전위차 절대값을 낮추는 첨가제를 함유하는 CMP용 연마액. The polishing liquid for CMP according to claim 1, which contains an additive for lowering the absolute value of the potential difference between the conductor and the conductive material. 제2항에 있어서, 상기 전위차 절대값을 낮추는 첨가제로서, 히드록실기, 카르보닐기, 카르복실기, 아미노기, 아미드기 및 술피닐기 중 어느 하나를 함유하고, 또한 질소 및 황 원자 중 적어도 한쪽을 함유하는 복소환 화합물 중에서 선택되는 1종 이상을 함유하는 CMP용 연마액. The heterocyclic ring according to claim 2, which contains any one of a hydroxyl group, a carbonyl group, a carboxyl group, an amino group, an amide group, and a sulfinyl group and further contains at least one of a nitrogen and a sulfur atom. Polishing liquid for CMP containing 1 or more types chosen from a compound. 제3항에 있어서, 상기 복소환 화합물은 연마액에 황산구리(II)를 첨가했을 때에 생성되는 구리 착체의 연마액으로의 용해도가 액체 온도 25℃에서 1중량% 이상인 CMP용 연마액.The CMP polishing liquid according to claim 3, wherein the heterocyclic compound has a solubility of the copper complex produced when copper (II) is added to the polishing liquid to the polishing liquid at a liquid temperature of 25 ° C. 제2항에 있어서, 상기 전위차 절대값을 낮추는 첨가제로서, 아민 화합물, 아 미드 화합물 및 술폭시드 화합물 중에서 선택되는 1종 이상을 함유하는 CMP용 연마액. The polishing liquid for CMP according to claim 2, which contains at least one selected from an amine compound, an amide compound and a sulfoxide compound as an additive for lowering the absolute value of the potential difference. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 히드록실기, 카르보닐기, 카르복실기, 아미노기, 아미드기 및 술피닐기 중 어느 하나를 함유하고, 또한 질소 및 황 원자 중 적어도 한쪽을 함유하는 복소환 화합물 중에서 선택되는 1종 이상과, 아민 화합물, 아미드 화합물 및 술폭시드 화합물 중에서 선택되는 1종 이상을 함유하는 CMP용 연마액. The heterocyclic compound according to any one of claims 3 to 5, which contains any one of a hydroxyl group, a carbonyl group, a carboxyl group, an amino group, an amide group, and a sulfinyl group, and further contains at least one of nitrogen and sulfur atoms. Polishing liquid for CMP containing 1 or more types chosen from among, and 1 or more types chosen from an amine compound, an amide compound, and a sulfoxide compound. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도체가 탄탈, 질화 탄탈, 탄탈 합금, 그 밖의 탄탈 화합물, 티탄, 질화 티탄, 티탄 합금, 그 밖의 티탄 화합물, 텅스텐, 질화 텅스텐, 텅스텐 합금, 그 밖의 텅스텐 화합물, 루테늄, 그 밖의 루테늄 화합물 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하고, 상기 도전성 물질이 구리, 구리 합금, 구리의 산화물, 구리 합금의 산화물, 텅스텐, 텅스텐 합금, 은, 은 합금 또는 금인 CMP용 연마액. The conductor according to any one of claims 1 to 6, wherein the conductor is tantalum, tantalum nitride, tantalum alloys, other tantalum compounds, titanium, titanium nitride, titanium alloys, other titanium compounds, tungsten, tungsten nitride, tungsten alloys. And at least one selected from other tungsten compounds, ruthenium and other ruthenium compounds, wherein the conductive material is copper, copper alloy, oxide of copper, oxide of copper alloy, tungsten, tungsten alloy, silver, silver alloy or Polishing solution for gold CMP. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도전성 물질이 구리인 CMP용 연마액.The polishing liquid for CMP according to any one of claims 1 to 7, wherein the conductive material is copper. 구리를 주성분으로 하는 도전성 물질 (a), 및, Conductive material (a) containing copper as a main component, and 탄탈, 질화 탄탈, 탄탈 합금, 그 밖의 탄탈 화합물, 티탄, 질화 티탄, 티탄 합금, 그 밖의 티탄 화합물, 텅스텐, 질화 텅스텐, 텅스텐 합금, 그 밖의 텅스텐 화합물, 루테늄, 및, 그 밖의 루테늄 화합물 중에서 선택되는 1종 이상의 도체 (b)Selected from tantalum, tantalum nitride, tantalum alloys, other tantalum compounds, titanium, titanium nitride, titanium alloys, other titanium compounds, tungsten, tungsten nitride, tungsten alloys, other tungsten compounds, ruthenium, and other ruthenium compounds At least one conductor (b) 를 표면에 갖는 피연마면을 연마하는 연마액이며, 전위계의 정극측을 도전성 물질 (a)에, 부극측을 도전성 물질 (b)에 접속시, 연마액 중 50±5℃에서의 도전성 물질 (a)와 도체 (b)의 전위차 절대값이 0.25V 이하인 것을 특징으로 하는 CMP용 연마액. Is a polishing liquid for polishing a to-be-polished surface having a surface thereof, and a conductive material at 50 ± 5 ° C. in a polishing liquid when the positive electrode side of the electrometer is connected to the conductive material (a) and the negative electrode side is connected to the conductive material (b) ( The polishing liquid for CMP, characterized in that the absolute value of the potential difference between a) and the conductor (b) is 0.25 V or less. 표면이 오목부 및 볼록부로 이루어지는 층간 절연막과, 상기 층간 절연막을 표면을 따라서 피복하는 배리어 도체층과, 상기 오목부를 충전하여 배리어 도체층을 피복하는 구리를 주성분으로 하는 도전성 물질층을 갖는 기판을 연마하는 연마액이며, 히드록실기, 카르보닐기, 카르복실기, 아미노기, 아미드기 및 술피닐기 중 어느 하나를 함유하고, 또한 질소 및 황 원자 중 적어도 한쪽을 함유하는 복소환 화합물 중에서 선택되는 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 CMP용 연마액. Polishing a substrate having an interlayer insulating film having a concave portion and a convex surface, a barrier conductor layer covering the interlayer insulating film along the surface, and a conductive material layer mainly composed of copper filling the concave portion to coat the barrier conductor layer. A polishing liquid, containing any one of a hydroxyl group, a carbonyl group, a carboxyl group, an amino group, an amide group, and a sulfinyl group, and at least one member selected from a heterocyclic compound containing at least one of nitrogen and sulfur atoms. CMP polishing liquid, characterized in that. 구리를 주성분으로 하는 도전성 물질 (a), 및, Conductive material (a) containing copper as a main component, and 탄탈, 질화 탄탈, 탄탈 합금, 그 밖의 탄탈 화합물, 티탄, 질화 티탄, 티탄 합금, 그 밖의 티탄 화합물, 텅스텐, 질화 텅스텐, 텅스텐 합금, 그 밖의 텅스텐 화합물, 루테늄, 및, 그 밖의 루테늄 화합물 중에서 선택되는 1종 이상의 도체 (b)Selected from tantalum, tantalum nitride, tantalum alloys, other tantalum compounds, titanium, titanium nitride, titanium alloys, other titanium compounds, tungsten, tungsten nitride, tungsten alloys, other tungsten compounds, ruthenium, and other ruthenium compounds At least one conductor (b) 를 표면에 갖는 피연마면을 연마하는 연마액이며, 히드록실기, 카르보닐기, 카르복실기, 아미노기, 아미드기 및 술피닐기 중 어느 하나를 함유하고, 또한 질소 및 황 원자 중 적어도 한쪽을 함유하는 복소환 화합물 중에서 선택되는 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 CMP용 연마액. Is a polishing liquid for polishing a surface to be polished having a surface thereof, a heterocyclic compound containing any one of a hydroxyl group, a carbonyl group, a carboxyl group, an amino group, an amide group and a sulfinyl group, and containing at least one of nitrogen and sulfur atoms Polishing liquid for CMP containing 1 or more types chosen from. 표면이 오목부 및 볼록부로 이루어지는 층간 절연막과, 상기 층간 절연막을 표면을 따라서 피복하는 배리어 도체층과, 상기 오목부를 충전하여 배리어 도체층을 피복하는 구리를 주성분으로 하는 도전성 물질층을 갖는 기판을 연마하는 연마액이며, 아민 화합물, 아미드 화합물 및 술폭시드 화합물 중에서 선택되는 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 CMP용 연마액. Polishing a substrate having an interlayer insulating film having a concave portion and a convex surface, a barrier conductor layer covering the interlayer insulating film along the surface, and a conductive material layer mainly composed of copper filling the concave portion to coat the barrier conductor layer. A polishing liquid, wherein the polishing liquid for CMP contains at least one selected from an amine compound, an amide compound, and a sulfoxide compound. 구리를 주성분으로 하는 도전성 물질 (a), 및, Conductive material (a) containing copper as a main component, and 탄탈, 질화 탄탈, 탄탈 합금, 그 밖의 탄탈 화합물, 티탄, 질화 티탄, 티탄 합금, 그 밖의 티탄 화합물, 텅스텐, 질화 텅스텐, 텅스텐 합금, 그 밖의 텅스텐 화합물, 루테늄, 및, 그 밖의 루테늄 화합물 중에서 선택되는 1종 이상의 도체 (b)Selected from tantalum, tantalum nitride, tantalum alloys, other tantalum compounds, titanium, titanium nitride, titanium alloys, other titanium compounds, tungsten, tungsten nitride, tungsten alloys, other tungsten compounds, ruthenium, and other ruthenium compounds At least one conductor (b) 를 표면에 갖는 피연마면을 연마하는 연마액이며, 아민 화합물, 아미드 화합물 및 술폭시드 화합물 중에서 선택되는 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 CMP용 연마액. A polishing liquid for polishing a surface to be polished having a surface thereof, wherein the polishing liquid for CMP contains at least one selected from an amine compound, an amide compound, and a sulfoxide compound. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 연마 입자를 함유하는 CMP용 연마액. The polishing liquid for CMP according to any one of claims 1 to 13, which contains abrasive particles. 제14항에 있어서, 연마 입자가 실리카, 알루미나, 세리아, 티타니아, 지르코니아, 게르마니아 중에서 선택되는 1종 이상인 CMP용 연마액. The polishing liquid for CMP according to claim 14, wherein the abrasive particles are at least one selected from silica, alumina, ceria, titania, zirconia, and germania. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 산화 금속 용해제 및 물을 함유하는 CMP용 연마액. The polishing liquid for CMP according to any one of claims 1 to 15, which contains a metal oxide solubilizer and water. 제16항에 있어서, 산화 금속 용해제가 유기산, 유기산 에스테르, 유기산의 암모늄염 및 무기산 중에서 선택되는 1종 이상인 CMP용 연마액. The polishing liquid for CMP according to claim 16, wherein the metal oxide solubilizer is at least one selected from organic acids, organic acid esters, ammonium salts of organic acids, and inorganic acids. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 금속 부식 방지제를 함유하는 CMP용 연마액. The polishing liquid for CMP according to any one of claims 1 to 17, which contains a metal corrosion inhibitor. 제18항에 있어서, 금속 부식 방지제가 트리아졸 골격을 갖는 것, 벤조트리아졸 골격을 갖는 것, 피라졸 골격을 갖는 것, 피라미딘 골격을 갖는 것, 이미다졸 골격을 갖는 것, 구아니딘 골격을 갖는 것, 티아졸 골격을 갖는 것 중에서 선택되는 1종 이상인 CMP용 연마액. The metal corrosion inhibitor according to claim 18, wherein the metal corrosion inhibitor has a triazole skeleton, a benzotriazole skeleton, a pyrazole skeleton, a pyramidine skeleton, an imidazole skeleton, a guanidine skeleton Polishing liquid for CMP which is 1 or more types chosen from thing which has a thiazole skeleton. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 금속의 산화제를 포함하는 CMP용 연마액. The polishing liquid for CMP according to any one of claims 1 to 19, comprising an oxidizing agent of a metal. 제20항에 있어서, 금속의 산화제가 과산화수소, 질산, 과요오드산 칼륨, 차아염소산 및 오존수 중에서 선택되는 1종 이상인 CMP용 연마액. The polishing liquid for CMP according to claim 20, wherein the metal oxidant is at least one selected from hydrogen peroxide, nitric acid, potassium periodate, hypochlorous acid, and ozone water. 표면이 오목부 및 볼록부로 이루어지는 층간 절연막과, 상기 층간 절연막을 표면을 따라서 피복하는 배리어 도체층과, 상기 오목부를 충전하여 배리어 도체층을 피복하는 도전성 물질층을 갖는 기판에서, 도전성 물질층을 연마하여 상기 볼록부의 배리어 도체층을 노출시키는 제1의 연마 공정과, 적어도 배리어 도체층 및 오목부의 도전성 물질층을 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 기재된 CMP용 연마액을 공급하면서 화학 기계 연마하여 볼록부의 층간 절연막을 노출시키는 제2의 연마 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 방법. Polishing a conductive material layer on a substrate having an interlayer insulating film having a concave portion and a convex portion, a barrier conductor layer covering the interlayer insulating film along the surface, and a conductive material layer filling the concave portion to cover the barrier conductor layer; 22. The chemical polishing apparatus of claim 1 wherein the barrier conductor layer of the convex portion is exposed, and at least the barrier conductor layer and the conductive material layer of the concave portion are supplied with the polishing liquid for CMP according to any one of claims 1 to 21. And a second polishing step of polishing to expose the interlayer insulating film of the convex portion. 제22항에 있어서, 층간 절연막이 실리콘계 피막 또는 유기 중합체막인 연마 방법.The polishing method according to claim 22, wherein the interlayer insulating film is a silicon based film or an organic polymer film. 제22항 또는 제23항에 있어서, 도전성 물질이 구리를 주성분으로 하는 것인 연마 방법. The polishing method according to claim 22 or 23, wherein the conductive material is mainly composed of copper. 제22항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 배리어 도체층이 상기 층간 절연막으로 상기 도전성 물질이 확산되는 것을 방지하는 것이며, 탄탈, 질화 탄탈, 탄탈 합금, 그 밖의 탄탈 화합물, 티탄, 질화 티탄, 티탄 합금, 그 밖의 티탄 화합물, 텅스텐, 질화 텅스텐, 텅스텐 합금, 그 밖의 텅스텐 화합물, 루테늄, 그 밖의 루테늄 화합물 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인 연마 방법. 25. The barrier conductor layer according to any one of claims 22 to 24, wherein the barrier conductor layer prevents diffusion of the conductive material into the interlayer insulating film, and includes tantalum, tantalum nitride, tantalum alloys, other tantalum compounds, titanium, and titanium nitride. And a titanium alloy, other titanium compounds, tungsten, tungsten nitride, tungsten alloy, other tungsten compounds, ruthenium, and at least one selected from other ruthenium compounds.
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